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(19)대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(51) 。Int. Cl.
G01F 1/34 (2006.01)
G01F 1/46 (2006.01)
(45) 공고일자
(11) 등록번호
(24) 등록일자
2006년09월11일
10-0620224
2006년08월28일
(21) 출원번호 10-2005-0006705 (65) 공개번호 10-2005-0098769
(22) 출원일자 2005년01월25일 (43) 공개일자 2005년10월12일
(30) 우선권주장 1020040023545 2004년04월06일 대한민국(KR)
(73) 특허권자 한국원자력연구소
대전 유성구 덕진동 150번지
한국수력원자력 주식회사
서울특별시 강남구 삼성동 167번지
(72) 발명자 윤병조
대전광역시 서구 삼천동 한신아파트 601동 503호
강경호
대전광역시 유성구 어은동 한빛아파트 116-401
어동진
대전광역시 서구 둔산2동 파랑새아파트 101동 507호
백원필
대전광역시 유성구 전민동 엑스포아파트 305-1503호
(74) 대리인 이원희
(56) 선행기술조사문헌
JP2000283810 A
* 심사관에 의하여 인용된 문헌
심사관 : 조병도
(54) 평균 양방향 유동 튜브
요약
본 발명은 두 개의 측판과 상, 하판으로 이루어진 튜브(101)와, 상기 튜브를 이루는 측판에 수직하게 설치되어 튜브의 전,
후단을 격리하는 격판(103)과, 그리고 상기 격판 전, 후로 설치되는 한 쌍 또는 두 쌍의 압력계 연결관(105, 105')을 포함
하여 구성되며, 상기 튜브를 이루는 상판 및 하판은 상기 평균 양방향 유동 튜브(100)가 설치되는 상기 배관(1) 내면과 접
하도록 곡률을 가지며, 상기 압력계 연결관(105, 105')은 배관 내로 흐르는 유체와 연통되게 설치되는 평균 양방향 유동 튜
브(100)에 관한 것으로, 파이프(1)에 이상 유동이 발생하는 경우에도 유체의 평균 속도를 측정할 수 있으며, 특히 저속의
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유동 계측이 용이하고, 배관 내에서 급격한 감압이 이루어져 압력계 연결관(105,105')에 급격한 감압이 작용하는 경우에
도 기포의 발생을 방지하는 별도의 냉각 장치가 필요 없으며, 파이프(1) 내에 이상 유동이 번갈아 가면서 발생하거나 파이
프 내 급격한 감압에 의해 유체가 상변화를 겪는 경우 그리고 수평 배관에서 이상류 유동 발생에 의해 성층류 유동이 발생
하는 경우에도 국소 양방향 튜브와 달리 평균 양방향 유동 튜브(100)는 이송할 필요가 없으며, 전, 후방의 유체의 흐름이
바뀌는 경우에도 유체의 평균 유동 속도를 측정할 수 있는 평균 양방향 유동 튜브(100)를 제공하는 것이다.
대표도
도 6
명세서
도면의 간단한 설명
도1 은 종래 기술에 따르는 파이프에 설치된 피토튜브를 도시한 측면 단면도 이다.
도2 는 종래 기술에 따르는 파이프에 설치된 평균피토튜브를 도시한 측면 단면도이다.
도3 은 종래 기술에 따르는 파이프에 설치된 평균 피토 튜브를 도시한 정면 단면도이다.
도4 는 종래 기술에 따르는 파이프에 설치된 국소 양방향 유동 튜브를 도시한 사시도이다.
도5 는 종래 기술에 따르는 파이프에 설치된 국소 양방향 유동 튜브를 도시한 측면 단면도이다.
도6 은 본 발명에 따르는 평균 양방향 유동 튜브를 도시한 사시도이다.
도7 은 본 발명에 따르는 파이프에 설치된 평균 양방향 유동 튜브를 도시한 측 단면도이다.
도8 은 도7 의 'B-B'부 단면도이다.
도9 는 도6 의 ‘C-C’부 평면 단면도이다.
도10 은 도9 에 대응하는 것으로 본 발명에 따르는 평균 양방향 유동 튜브의 바람직한 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도11 은 도9 에 대응하는 것으로 본 발명에 따르는 평균 양방향 유동 튜브의 바람직한 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 유체 시스템에서 유체의 유량을 계측하는 유량계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수직 배관 내에서 단상 및
이상 유동이 발생되는 경우뿐만 아니라 수평 배관 내에서 성층류 유동이 발생하는 경우에도 유체의 질량 유량을 측정할 수
있는 유량계에 관한 것이다.
도1 은 종래 기술에 의한 피토튜브(10)가 설치된 배관(1)의 측면 단면으로서 피토튜브(10)는 이중관(미도시)으로 이루어
진다. 도1 에 도시된 바와 같이 종래 기술에 의한 피토튜브(10)는 이중관 각각에 총압공(11)과 정압공(13)이 형성되어 있
으며, 총압공(11)이 유체의 흐름에 대향하도록 피토튜브(10)를 설치한다. 총압공(11)에 작용하는 총압(Stagnation
Pressure)은 파이프 내를 흐르는 유체 흐름에 의한 동압(Dynamic Pressure)과 정압(Static Pressure)의 합이며, 정압공
(13)에는 정압만이 작용 한다. 따라서 총압공(11)과 정압공(13)이 형성된 관에서 연장되는 압력계 연결관(15)에 연결된 압
력계(미도시)에 의하여 도1 에 도시된 바와 같이 총압공(11)에 작용하는 압력과 정압공(13)에 작용하는 압력 차(ΔP)를 측
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정하며, 측정된 압력 차에 의하여 유체 속도를 산출할 수 있는 것이다. 상기 피토튜브(10)에 의하여 측정되는 유체 속도는
피토튜브(10)가 위치한 점에서의 속도이고 파이프(1) 전체를 흐르는 평균 속도가 아니므로 파이프(1) 내에서 평균 속도를
얻기 위해서는 피토튜브(10)의 삽입 심도를 변경하면서 여러 곳에서의 속도를 여러 번 측정하여 그것을 평균하여야 한다.
도2 는 종래 기술에 의한 평균피토튜브(20)를 도시한 측면 단면도이며, 도3 은 종래 기술에 의한 평균피토튜브(20)의 정면
단면도로서 평균피토튜브(20)도 이중관(미도시)로 구성되어 있다. 동일 구성에 대하여는 도1 과 같은 도면 부호를 사용한
다.
도2 및 도3 에 도시된 바와 같이 종래 기술에 의한 평균피토튜브(20) 이중관에는 각각 다수 개의 총압공(21)과 다수 개의
정압공(23)이 형성되어 있고, 이중관은 각각 압력계(미도시)에 연결되는 압력계 연결관(25)으로 연장된다. 파이프(1) 내에
흐르는 유체 속도 측정 원리는 피토튜브(1)의 유체속도 측정원리와 동일하다.
평균피토튜브(20)는 피토튜브(10)를 사용하여 반복해서 측정하는 작업 절차가 까다롭고 많은 시간이 소요되므로, 이러한
작업을 간소화하기 위한 것으로 이중관의 다수 개 총압공(21) 형성 위치에서 각각 총압을 측정하고, 다수 개의 정압공(23)
형성 위치에서 각각 정압을 측정하여 파이프(1) 내 다수의 위치에서 각각 총압 및 정압을 측정하여 평균 유속을 산출할 수
있다.
도4 및 도5 는 국소 양방향 유동 튜브(30)를 도시한 것으로, 도4 및 도5 에 도시된 바와 같이 국소 양방향 유동 튜브(30)는
원통형 튜브(31)와, 격판(33) 및 압력계 연결관(35)으로 구성되어 있다. 도4 및 도5 에서는 동일 구성에 대하여 도1 및 도2
와 동일한 도면 부호로 표기한다.
국소 양방향 유동 튜브(30)의 유체 속도 측정 원리는 도1 에 도시된 피토튜브(10) 및 도2 에 도시된 평균피토튜브(20)와
유사하며, 전방흐름(Forward Flow) 유체에 대하여 도4 에 도시된 바와 같이 국소 양방향 유동 튜브(30)가 설치되는 경우
'A'부에는 파이프 내를 흐르는 유체 흐름에 의한 동압과 정압의 합인 총압이 작용하며, 'B'부에는 'B'부에 형성되는 속도에
의한 흡입효과에 의하여 정압보다 다소 낮은 압력인 배압(Back Pressure)이 작용한다. 상기 'A'부 및 'B'부 작용하는 압력
은 압력계 연결관(35)을 통하여 압력계로 전달되어 'A'부와 'B'부의 차압을 계측하여 임의의 유동 조건에서 유체의 평균 속
도를 산출한다.
그러나 상기와 같은 평균피토튜브(20)를 사용하는 경우에는 파이프(1) 내에 이상 유동이 발생하는 경우 예를 들면 파이프
(1) 아래 부분으로는 액체가 흐르고 윗부분으로 기체가 형성되는 경우에 총압공(21) 들 사이에 압력 차이가 발생하여 평균
피토튜브(20) 압력 배관에 채워져 있는 물이 유로로 빠져 나올 위험이 있으며, 또한 배관 내에서 급격한 감압이 이루어지
는 경우에 압력계 연결관(25)에 작용하는 압력에 급격한 감압이 이루어지는 경우 압력계 연결관(25)에 상변화가 발생할
수 있어 이를 방지하기 위하여 별도의 냉각 장치가 필요한 문제점이 있으며, 상기와 같은 국소 양방향 유동 튜브(30)를 사
용하는 경우에는 파이프(1) 내 평균 유체 속도를 측정하는데 한계가 있으며, 파이프(1) 내에 이상 유동이 번갈아 가면 발생
하거나 파이프(1) 내 급격한 감압에 의해 유체가 상변화를 겪는 경우 그리고 수평 배관에서 이상류 유동 발생에 의해 성층
류 유동이 발생하는 경우 평균 유량을 측정하기 위하여 국소 양방향 유동 튜브(30)를 이송하여 계측하여야 하는 문제점이
있다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,
파이프 내 단상 유동 및 이상 유동 등 다양한 유동 조건에서 유체의 평균 속도를 측정할 수 있으며, 특히 배압의 감소효과
를 이용한 저속 유동의 계측성을 향상 시키고, 파이프 내에 감압이 발생하는 경우에도 별도의 냉각 장치 없이 유체의 속도
를 측정할 수 있는 유량계를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.
발명의 구성 및 작용
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 고안된 것으로서, 장방형 튜브와 튜브 내에 설치되는 격판과, 격판을 사이
로 격판 전후로 설치되는 한 쌍 또는 두 쌍의 압력계 연결관을 구비하는 평균 양방향 유동 튜브를 제공한다. 유량 측정 시
본 발명에 따르는 평균 양방향 유동 튜브를 사용하는 경우에는 파이프 내에 이상 유동(two-phase flow) 등 다양한 유동이
발생하는 경우에도 파이프 내 유체의 평균 속도를 측정할 수 있으며, 압력계 연결관에 비등 발생을 방지하는 냉각 장치가
필요하지 않게 된다.
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이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도6 은 본 발명에 따르는 평균 양방향 유동 튜브(100)를 도시한 것이며, 도7 은 본 발명에 따르는 평균 양방향 유동 튜브
(100)가 설치된 파이프(1)의 측면 단면도이며, 도8 은 도7 의 'B-B'부 단면을 도시한 것이며, 도9 는 도6 의 ‘C-C’부 단면
을 도시한 것이다. 동일한 구성에 대하여는 도1 및 도2 와 동일한 도면 부호로 표기한다.
도6 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따르는 평균 양방향 유동 튜브(100)는 두 개의 측판과 상, 하판으로 이루어진 바디
(101)와, 상기 튜브를 이루는 측판에 수직하게 설치되어 튜브의 전후단을 격리하는 격판(103)과, 상기 격판(103) 전 후로
설치되는 두 쌍의 압력계 연결관(105,105')을 포함하여 구성되며, 도7 및 도8에 도시된 바와 같이 상기 바디(101)를 이루
는 상판 및 하판은 상기 평균 양방향 유동 튜브(100)가 설치되는 상기 배관(1) 내면과 접하도록 곡률을 가지며, 상기 압력
계 연결관(105,105')은 배관(1) 내로 흐르는 유체와 연통되게 설치한다.
바람직하게는 상기 평균 양방향 유동 튜브(100)를 이루는 상기 측판은 서로 평행하게 설치되며, 격판(103)은 상기 측판에
수직하게 설치된다. 상기 두 쌍의 압력계 연결관(105, 105')은 상기 격판(103)을 사이에 두고 각각 설치되어 상기 격판
(103) 전, 후에서의 압력 측정에 사용되는 압력계(미도시)에 연결된다.
도9 는 본 발명에 따르는 평균 양방향 유동 튜브(100)의 평면 단면 형상을 도시한 것으로, 도9 에 도시된 바와 같이 본 발
명에 따르는 평균 양방향 유동 튜브(100)를 이루는 측판 및 격판(103)은 얇은 판으로 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한
정하는 것은 아니며, 도10 및 도11 에 도시된 바와 같이 측판의 단면 형상을 원호형 또는 삼각형으로 하는 것이 가능하다.
평균 양방향 유동 튜브(100)의 작동을 살펴보면, 도7 과 같이 본 발명에 따르는 평균 양방향 유동 튜브(100)가 설치된 파
이프(1) 내에 좌측으로부터 우측으로 유체의 유동이 있는 경우, 격판(103)의 좌측에는 유체 유동에 의한 동압과 정압의 합
인 총압이 작용하며, 격판(103) 우측에는 유체 속도에 의한 흡입 효과에 의하여 정압보다 다소 낮은 압력인 배압이 작용하
게 된다. 상기 총압 및 배압은 각각 압력계 연결관(105, 105')에 연결된 압력계(미도시)에서 계측하여 총압과 배압의 차압
을 산출하거나 압력계 연결관(105, 105')에 차압계(미도시)를 연결하여 산출할 수 있다.
특히 이상 유동을 계측하는 경우에 있어서, 이상 유동의 상부를 구성하는 기체 부분은 상부 압력계 연결관(105')에 연결된
압력계에서 계측되는 반면에, 액체 부분은 하부 압력계 연결관(105)에 연결된 압력계에서 계측될 수 있다.
발명의 효과
상기 기재한 본 발명에 따르는 평균 양방향 유동 튜브(100)를 사용하여 파이프 내를 흐르는 유체의 유동 속도를 측정하는
경우에는 다음과 같은 효과가 있다.
정압보다 낮아진 배압 감소 효과에 의해 저속의 유동이 형성되는 유동조건에서 파이프(1)내의 평균 유속 측정이 용이하고,
파이프(1) 하부에는 액체가 흐르고 상부에는 기체가 흐르는 등 파이프(1) 내에 이상 유동이 발생하는 경우에도 파이프(1)
내 유체의 평균 속도를 측정할 수 있으며, 또한 배관 내에서 급격한 감압이 이루어져 압력계 연결관(105, 105')에 작용하는
압력에 급격한 감압이 이루어지는 경우에도 별도의 냉각 장치가 필요 없으며, 파이프(1) 내에 이상 유동이 번갈아 가면서
발생하거나 파이프 내 급격한 감압에 의해 유체가 상변화를 겪는 경우 그리고 수평 배관에서 이상 유동의 발생에 의해 성
층류 유동이 발생하는 경우에도 평균 양방향 유동 튜브(100)를 이송할 필요가 없으며, 파이프 내를 흐르는 유체의 흐름이
바뀌는 경우에도 유체의 평균 유동 속도를 측정할 수 있는 효과가 있다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
두 개의 측판과 상, 하판으로 이루어진 튜브와, 상기 튜브를 이루는 측판에 수직하게 설치되어 튜브의 전, 후단을 격리하는
격판과, 상기 격판 전 후로 상기 튜브의 상판 또는 하판에 설치되는 한 쌍의 압력계 연결관을 포함하여 구성되는 평균 양방
향 유동 튜브에 있어서;
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상기 튜브를 이루는 상판 및 하판은 상기 평균 양방향 유동 튜브가 설치되는 상기 배관 내면과 접하도록 곡률을 가지며, 상
기 압력계 연결관은 배관 내로 흐르는 유체와 연통되게 설치되는 것을 특징으로 하는, 평균 양방향 유동 튜브.
청구항 2.
제1 항에 있어서, 상기 압력계 연결관에 대향하여 상기 상판 또는 하판에 설치되는 다른 한 쌍의 압력계 연결관을 더 포함
하여 이루어는 것을 특징으로 하는, 평균 양방향 유동 튜브.
청구항 3.
제1 항에 있어서, 상기 튜브를 이루는 측판은 단면 형상이 삼각형으로서 튜브 단면 형상이 다이아몬드 형으로 되거나, 원
호형으로서 튜브 단면 형상이 타원 또는 원형으로 되는 것을 특징으로 하는, 평균 양방향 유동 튜브.
도면
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