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KR101702960B1 - 에너지 표시가 가능한 압력제어기 및 압력제어방법 - Google Patents

에너지 표시가 가능한 압력제어기 및 압력제어방법 Download PDF

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KR101702960B1
KR101702960B1 KR1020150153673A KR20150153673A KR101702960B1 KR 101702960 B1 KR101702960 B1 KR 101702960B1 KR 1020150153673 A KR1020150153673 A KR 1020150153673A KR 20150153673 A KR20150153673 A KR 20150153673A KR 101702960 B1 KR101702960 B1 KR 101702960B1
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pressure
flow rate
energy
mass flow
measuring
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Inventor
윤정중
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주식회사 엔박
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Abstract

본 발명은 종래의 질량유량계에 압력제어가 가능한 압력제어방법 및 압력제어기에 관한 것으로, 압력제어와 유량(질량, 체적, 에너지)를 동시에 볼 수 있는 에너지 표시가 가능한 압력제어기 및 압력제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 유량측정장치(200), 압력제어장치(100), 종합처리장치(300), 디스플레이부(400), 온도측정센서(500), 압력측정센서(600)를 포함하여 구성된 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 유량 및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어기를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 압력제어장치(100)는 유체가 흐르는 관(10)에 압력제어부(110), 제어용압력센서(120), 밸브구동기(130), 제어밸브(140)를 포함하여 구성되어 있고,
상기한 종합처리장치(300)는 엔탈피 데이터베이스(320), 밀도 데이터베이스(330) 또는/및 정압비열(Cp) 데이터베이스(340)가 포함되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 유량 및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어기를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 유량측정장치(200)는 차압식 질량유량계 유량측정장치, 열식 질량유량계 유량측정장치 또는 코리올리식 질량유량계 유량측정장치인 것을 특징으로 하는 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 유량 및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어기를 제공한다.
또한 본 발명은 측정하고자 가스의 종류, 가스의 온도(T), 압력(P) 등이 측정되어 입력되는 과정(1과정),
상기한 유량측정장치(200)에 의하여 질량유량을 측정하는 과정(2과정),
상기한 질량유량을 측정하는 과정을 수행하고 난 후 에너지량을 측정하는 과정을 수행하되(3과정),
상기한 압력제어장치(100)에 의하여 관에 흐르는 압력을 제어하는 과정(4과정)이 포함되어 구성된 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 유량(질량유량 또는/및 체적유량) 및 에너지량이 측정되는 압력제어방법을 제공한다.

Description

에너지 표시가 가능한 압력제어기 및 압력제어방법{the pressure control device and the pressure control method using thereof}
본 발명은 종래의 질량유량계에 압력제어가 가능한 압력제어방법 및 압력제어기에 관한 것으로, 압력제어와 유량(질량, 체적, 에너지)를 동시에 볼 수 있는 에너지 표시가 가능한 압력제어기 및 압력제어방법에 관한 것이다.
종래기술은 압축기 등의 장비에서 생산되는 압력만을 제어하며, 이는 압력으로 인해 에너지절감 및 에너지활용에 대해서는 직접적인 에너지 사용량을 모르고 압력의 개념으로만으로 공정의 안정화를 추진하는 실정에 있다.
또한 종래의 압력제어기는 압력레귤레이터로서 대부분 25mm 이하이며, 수동설정으로 불편함이 있고 수입에 따른 비용부담이 큰 단점을 가진다.
상기한 종래기술과 관련된 선행기술로 10-2011-0056543호(열식 유량 센서의 압력 학인을사용한 질량 유량 제어기)는 "질량 유량 제어기 열 센서 확인 시스템에 있어서, 둘 이상의 온도 감지 요소를 포함하고, 한 쌍의 감지 요소들 간의 온도차에 따라 변하는 제1 신호를 발생하기에 적합한 열식 질량 유량 센서(thermal mass flow sensor) ; 압력의 변화에 따라 변하는 제2 신호를 발생하기에 적합한 압력 질량 유량 센서; 및 디지털 콘트롤러를 포함하고, 상기 디지털 콘트롤러는, 제1 신호를 수신하고, 제2 신호를 수신하고, 상기 질량 유량 제어기를 통해 흐르는 물질의 제1 질량 유속을 계산하 기 위해 상기 제1 신호를 사용하고, 상기 질량 유량 제어기를 통해 흐르는 물질의 제2 질량 유속을 계산하기 위해 상기 제2 신호를 사용하고, 상기 제1 질량 유속을 상기 제2 질량 유속과 비교하고, 상기 열식 질량 유량 센서의 성공적인 동작을 확인하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 질량 유량 제어기 열 센서 확인 시스템"을 제공한 바 있다.
상기한 종래기술 및 선행기술은 압축기 등의 장비에서 생산되는 압력만을 제어하며, 이는 압력으로 인해 에너지절감 및 에너지활용에 대해서는 직접적인 에너지 사용량을 모르고 압력의 개념만으로 공정의 안정화를 추진하는 문제점이 있는데 본 발명은 압력제어에 따른 궁극적인 에너지 절감 및 사용량에 대해서 확인할 수 있는 유량표시(질량유량 또는/및 체적유량)가 가능하고 에너지표시가 가능한 압력제어기 및 압력제어방법을 제공하고자 한다
또한 본 발명은 압축기 등의 생산장비의 압력배관에 본 기술의 압력제어기를 설치하고 산업공정에 일정한 압력을 제공하고 동시에 배관에 흐르는 유량표시(질량유량 또는/및 체적유량) 및 에너지량을 표시함으로써 사용자에게 정확한 에너지 사용정보를 제공하는 것이 가능한 압력제어기 및 압력제어방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 에너지절감을 위한 산업플랜트의 필요가 증가되고 있는 상황 및 이로 인한 압력제어 및 에너지 계측에 대한 정확성을 높은 수준으로 요구하고 상황을 해결하는 유량표시(질량유량 또는/및 체적유량) 및 에너지량을 표시함으로써 사용자에게 정확한 에너지 사용정보를 제공하는 것이 가능한 압력제어기 및 압력제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 문제점 및 요구를 해결하기 위하여,
유량측정장치(200), 압력제어장치(100), 종합처리장치(300), 디스플레이부(400), 온도측정센서(500), 압력측정센서(600)를 포함하여 구성된 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 유량 및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어기를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 압력제어장치(100)는 유체가 흐르는 관(10)에 압력제어부(110), 제어용압력센서(120), 밸브구동기(130), 제어밸브(140)를 포함하여 구성되어 있고,
상기한 종합처리장치(300)는 엔탈피 데이터베이스(320), 밀도 데이터베이스(330) 또는/및 정압비열(Cp) 데이터베이스(340)가 포함되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 유량 및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어기를 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 유량측정장치(200)는 차압식 질량유량계 유량측정장치, 열식 질량유량계 유량측정장치 또는 코리올리식 질량유량계 유량측정장치인 것을 특징으로 하는 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 유량 및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어기를 제공한다.
또한 본 발명은 측정하고자 가스의 종류, 가스의 온도(T), 압력(P) 등이 측정되어 입력되는 과정(1과정),
상기한 유량측정장치(200)에 의하여 질량유량을 측정하는 과정(2과정),
상기한 질량유량을 측정하는 과정을 수행하고 난 후 에너지량을 측정하는 과정을 수행하되(3과정),
상기한 압력제어장치(100)에 의하여 관에 흐르는 압력을 제어하는 과정(4과정)이 포함되어 구성된 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 유량(질량유량 또는/및 체적유량) 및 에너지량이 측정되는 압력제어방법을 제공한다.
본 발명에 따른 에너지 표시가 가능한 압력제어기 및 압력제어방법은 종래기술 및 선행기술은 압축기 등의 장비에서 생산되는 압력만을 제어하며, 이는 압력으로 인해 에너지절감 및 에너지활용에 대해서는 직접적인 에너지 사용량을 모르고 압력의 개념만으로 공정의 안정화를 추진하는 문제점을 완전히 해결하는 효과 즉, 압력제어에 따른 궁극적인 에너지 절감 및 사용량에 대해서 확인할 수 있는 유량표시(질량유량 또는/및 체적유량)가 가능하고 에너지표시가 가능한 효과가 나타난다.
또한 종래의 압력제어기 및 압력제어방법은 기존의 압력제어만으로 압축기 등의 생산 장비의 에너지 절감이 실현되는 것을 현장에서 확인하였으나 유량변화에 대한 정보는 없기 때문에 공정감시에 한계를 드러내고 있는 반면, 본 발명에 따른 압력제어기 및 압력제어방법은 압력제어와 동시에 질량 및 에너지량을 확인할 수 있기 때문에 배관 물성을 별도의 변환장치로 없이 에너지로의 전환이 가능하기 때문에 실시간으로 에너지절감을 확인할 수 있어서 공정개선에 크게 기여하는 효과가 나타난다.
또한 본 발명에 따른 압력제어기 및 압력제어방법은 에너지절감을 위한 산업플랜트의 필요가 증가되고 있는 상황 및 이로 인한 압력제어 및 에너지 계측에 대한 정확성을 높은 수준으로 요구하고 상황에서 유량표시(질량유량 또는/및 체적유량) 및 에너지량을 표시함으로써 사용자에게 정확한 에너지 사용정보를 제공하는 것이 가능한 효과가 나타난다.
도 1은 기존의 압력제어기를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 표시가 가능한 압력제어기의 구조 개념도.
도 2b는 본 발명에 따른 에너지 표시가 가능한 압력제어기의 종합처리장치의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 차압식 질량유량계 유량측정장치를 이용한 에너지 표시가 가능한 압력제어기.
도 3b는 본 발명에 따른 열식 질량유량계 유량측정장치를 이용한 에너지 표시가 가능한 압력제어기.
도 3c는 본 발명에 따른 코리올리식 질량유량계 유량측정장치를 이용한 에너지 표시가 가능한 압력제어기.
도 4는 본 발명의 실시예로 측정하고자 하는 가스(메탄)의 엔탈피 데이터베이스(매트릭스).
도 4b는 본 발명의 실시예로 온도 및 압력에 따른 메탄의 기체의 밀도 ρ의 데이터 베이스(매트릭스).
도 4c는 본 발명의 실시예로 측정하고자 하는 가스(메탄)의 정압비열 데이터베이스(매트릭스).
도 5는 본 발명에 따른 에너지 표시가 가능한 압력제어방법의 흐름도.
이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 유량계의 후단 또는 전단에 압력제어기가 설치되되, 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 유량(질량유량 또는/및 체적유량) 및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어기 및 압력제어방법이다.
도 1에서 보는 것처럼 종래의 압력제어장치(100)는 유체가 흐르는 관(10)에 탑재되어 압력제어부(110), 제어용압력센서(120), 밸브구동기(130), 제어밸브(140)를 포함하여 구성되어 있다.
상기한 압력제어장치(100)의 작동은 제어용압력센서(120)가 관(10)의 압력을 측정하여 압력제어부(110)에 전송하면, 압력제어부(110)는 밸브구동기(130)를 작동시켜서 제어밸브(140)를 조절하게 하는 기능을 수행하게 되고, 제어밸브 후단의 압력을 일정하게 유지하는 기능을 수행하게 된다.
도 1 또는 도 3 내지 도 3c에서 보는 상기한 관(10)은 통상의 유체가 이송되는 관, 유량을 측정하는 관 등을 포함하는 개념이다.
상기한 제어용압력센서(120)는 관에 흐르는 유체의 압력을 측정하는 통상의 기기 또는 장치 등을 의미한다.
상기한 압력제어부(110)는 상기한 제어용압력센서(120)로부터 전송한 압력데터를 이용하여 관에 흐르는 유체의 압력을 제어하게 하는 통상의 제어 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 밸브구동기(130)는 압력제어부로부터 명령받은 정보로 밸브를 구동하게 하는 통상의 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 제어밸브(140)는 관의 개폐를 하게 하는 통상의 제어밸브 등의 장치 또는 수단을 의미한다.
도 2에서 보는 것처럼 본 발명은 유량측정장치(200), 압력제어장치(100)를 포함한 에너지 표시가 가능한 압력제어기를 제공한다.
또한 본 발명의 상기한 유량측정장치(200)는 종합처리장치(300), 디스플레이부(400)가 부가되어 구비되어 있다.
본 발명의 기술적 특징은 이와 같이 종래의 압력제어기와는 다르게 정확한 유량 (질량유량 또는/및 체적유량)을 측정하는 기능을 수행할 수 있다는 점이다.
본 발명의 상기한 유량측정장치(200)는 유체(기체)의 유량을 측정할 수 있는 장치 또는 수단으로 통상의 차압식 질량유량계, 열식 질량유량계, 코리올리식 질량유량계를 포함하는 개념이다.
본 발명의 기술적 특징은 상기한 유량측정장치(200)에서 측정한 질량유량을 이용하여 에너지측정을 매우 용이하게 할 수 있다는 점이다.
본 발명의 상기한 종합처리장치(300)는 유량측정장치로부터 전송한 자료 및 종합처리장치에 구성되어 있는 데이터베이스자료를 이용, 해석, 분석 또는 가공하여 질량유량, 부피유량 또는/및 에너지량을 도출하게 하는 장치 또는 수단을 의미한다.
본 발명은 상기한 종합처리장치(300)에는 정보처리장치(310), 엔탈피 데이터베이스(320), 밀도 데이터베이스(330) 또는/및 정압비열(Cp) 데이터베이스(340)가 포함되어 구성되어 있다.
본 발명의 상기한 정보처리장치(310)는 MCU, CPU 등의 중앙처리장치, 메모리, 정보송신수단, 정보수신수단 등을 구비하고 응용프로그램이 탑재되어 있는 장치 또는 수단을 의미한다.
본 발명의 상기한 디스플레이부(400)는 통상의 모니터, 액정 등으로 구성되어 있으며, 상기한 종합처리장치에서 제공하는 가스 유량(질량유량), 에너지량, 압력제어 상황 등을 표시하는 장치 또는 수단을 의미한다.
본 발명의 상기한 종합처리장치(300)에는 온도측정센서(500) 또는/및 압력측정센서(600)가 부가되어 구비되어 있다.
본 발명의 상기한 관(10)에는 온도측정센서(500)가 장착되어 관에 유입되는 유체(가스)의 온도(T)를 측정하여 상기한 종합처리장치(300)에 전송한다.
본 발명의 상기한 온도측정센서(500)는 가스의 온도를 측정할 수 있는 통상의 온도측정센서를 의미한다.
따라서 온도측정센서(500)는 유량측정장치로 열식 질량유량계를 사용하는 경우 열식 질량유량계에 탑재된 가스의 유입온도(T1)를 측정하는 센서를 이용할 수도 있다.
본 발명은 상기한 관(10)에 압력측정센서(600)가 장착되어 관에 유입되는 가스의 압력(P)을 측정하여 상기한 종합처리장치(300)에 전송한다.
상기한 압력측정센서(600)는 통상의 기체의 압력을 측정할 수 있는 장치 또는 수단을 의미한다.
따라서 상기한 압력측정센서(600)는 차압식 질량유량계를 사용하는 경우 차압식 질량유량계에 장착된 압력센서를 이용할 수 있다.
본 발명의 기술적 특징은 상기한 온도측정센서에서 전송된 온도(T), 압력측정센서에서 제공된 압력(P) 및 유량측정장치(200)에서 제공된 유량으로 가스의 엔탈피(H)를 바로 구하여 유체의 에너지량을 측정할 수 있는 점이다.
이와 같이 본 발명의 기술적 특징은 사용자가 미리 특정한 기체의 온도와 압력에 대한 밀도, 정압비열 또는/및 엔탈피를 매트릭스 형식의 데이터 베이스로 미리 구축하고, 그 측정하고자 하는 특정 기체에 대한 특정한 온도와 압력에 대한 밀도, 정압비열 또는 엔탈피를 이 데이테베이스에서 용이하게 선택하여 입력하거나 또는 이 데이터베이스를 이용하여 쉽게 계산되어(연산되어) 입력됨으로써 복잡한 연산이 필요 없는 유량 및 에너지량이 표시되는 압력제어기를 제공한다는 점이다.
본 발명은 상기한 유량측정장치(200)에 의하여 질량유량을 측정하는 과정을 수행하고 난 후 에너지량을 측정하는 과정을 수행한다.
본 발명은 측정하고자 하는 특정한 기체의 특정한 온도 및 압력에서의 엔탈피를 측정하여 측정된 유량과 엔탈피를 곱하면 측정하고자 하는 기체의 에너지를 구할 수 있게 된다.
즉, 에너지 공식은 E= Qm×H이 된다.(식 1)
여기서, E는 에너지(kJ/s)
Qm은 상기한 질량유량(kg/s)
H는 엔탈피(kJ/kg)이다.
따라서 E의 단위는 kJ/s가 된다.
따라서 본 발명은 측정하고자 하는 특정한 기체의 온도(T) 및 압력(P)에 따른 엔탈피(H)를 미리 구하여 종합처리장치(300)에 엔탈피 데이터베이스(320)를 구축한다.
도 4b에서 보는 것처럼 더불어 본 발명은 측정하고자 하는 특정한 기체의 온도(T) 및 압력(P)에 따른 기체의 밀도(ρ)를 데이터 베이스로 구축하는 과정을 수행하여 밀도 데이터베이스(330)를 구축할 수 있다.
도 4c에서 보는 것처럼 더불어 본 발명은 본 발명은 측정하고자 하는 특정한 기체의 온도(T) 및 압력(P)에 따른 기체의 정압비열(Cp)를 데이터 베이스로 구축하는 과정을 수행하여 정압비열(Cp) 데이터베이스(340)를 구축할 수 있다.
도 4에서 보는 바와 같이 특정한 기체(가스)의 온도(T) 및 압력(P)에 따른 엔탈피(H)를 미리 구하여 데이터베이스화한다.
상기한 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 따라 엔탈피 데이터베이스(310)에서 엔탈피(H)가 선택되어 입력되는 과정이 수행된다.
본 발명의 기술적 특징은 상기한 엔탈피 데이터베이스에서 어떤 특정의 온도와 압력에 일치하는 정압비열이 없는 경우, 그 특정의 온도와 압력에 근접하는 온도와 압력을 찾아서, 즉 내삽법, 외삽법 등을 이용하여 그 특정의 온도와 압력에 대응되는 엔탈피를 구하는 과정을 수행할 수 있다.
내삽법, 외삽법 등을 이용하여 그 특정의 온도와 압력에 대응되는 엔탈피를 구하는 과정은 아래와 같이 수행된다.
상기한 내삽법(內揷法, interpolation)은 실변수 x의 함수 f(x)의 모양은 미지이나, 어떤 간격(등간격이나 부등간격이나 상관없다)을 가지는 2개 이상인 변수의 값 xi(i＝1,2,…,n)에 대한 함수값 f(xi)가 알려져 있을 경우, 그 사이의 임의의 x에 대한 함수값을 추정하는 것을 말한다. 실험이나 관측에 의하여 얻은 관측값으로부터 관측하지 않은 점에서의 값을 추정하는 경우나 로그표 등의 함수표에서 표에 없는 함수값을 구하는 등의 경우에 이용된다. 가장 간단한 방법으로서는, 변수를 x좌표, 그 변수에 대한 기지 함수값을 y좌표로 하는 점들을 이어 곡선을 그어, 구하고자 하는 함수값을 구하는 방법이다.
또 함수의 전개를 이용하여 변수 x0,x1의 근방에서 함수 f(x)를 근사적으로 나타내는 식,
f(x)=f(x0)+[{f(x1)-f(x0)}/(x1-x0)]*(x-x0)
에 의하여 구할 수 있다.
이것이 간단한 공식인데, 비례부분 또는 선형보간이라고 한다. x0,x1을 로그표나 삼각함수표에서와 같이 그 사이의 간격을 충분히 작게 해 놓았으므로 선형보간이 이용된다. 더욱 엄밀한 계산을 하기 위해서는 뉴턴의 보간공식을 사용할 수 있다.
내삽법에 대응하여 x1과 xn의 바깥쪽에 있는 임의의 x에 대한 f(x)의 근삿값을 구하는 방법을 외삽법(外揷法) 또는 보외법(補外法)이라 한다.
본 발명은 상기에서 선택된 엔탈피(H)를 정보처리장치(310)에 전송하고, 정보처리장치는 아래의 에너지 공식(식 1)에 엔탈피 및 유량측정장치에서 전송한 질량유량(Qm)을 대입하여 에너지량을 산정하는 과정을 수행한다.
즉, 에너지 공식, E= Qm×H-----(식 1)
에 대입하여 에너지를 연산하는 과정을 수행한다.
본 발명은 상기한 과정에서 산정된 에너지량을 디스플레이부(400)에 전송하여 에너지를 표시하는 과정을 수행하게 된다.
본 발명은 상기한 유량측정장치에서 전송한 질량유량(Qm)을 이용하여 체적유량(Qv)이 구해지는 과정이 수행될 수 있다.
체적유량(Qv)을 구하는 공식은 다음과 같다.
(Qv)=Qm /ρ[m3/s] -----(식 2)
여기서 ρ은 density[kg/m3] 로서 측정하고자 하는 특정 기체의 밀도를 의미하며 상기한 밀도 데이터베이스(330)로부터 특정한 온도와 압력에 따른 밀도가 입력되어 용이하게 체적유량이 구해지게 된다.
도 3은 대표적으로 본 발명의 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 질량유량, 체적유량 또는/및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어기에서 상기한 상기한 유량측정장치(200) 중 통상의 차압식 질량유량계에 적용한 압력제어기를 보여주는 도면이다.
도 3에서 보는 것처럼 상기한 차압식 질량유량계 유량측정장치(200)는 차압식 질량유량계(210), 압력센서(220), 차압센서(230)를 포함하여 구비한 통상의 차압식 질량유량계 유량측정장치(200)를 의미한다.
따라서 통상의 차압식 질량유량계(210)은 유체가 통과하는 관로의 일부에 오리피스를 설치하고, 그 전후에 생기는 차압이 유량의 2승에 비례한다는 것으로 이용하여 유량을 측정하는 것으로, 오리피스의 구조에는 오리피스, 노즐, 벤추리관 등을 쓴다.
본 발명의 상기한 차압식 질량유량계(210)는 부피유량을 측정할 수 있는 일반적인 차압식 유량계에서 부피유량을 측정한 후, 측정하고자 하는 특정한 가스의 밀도(ρ)를 찾아서 정확한 질량유량을 측정할 수 있는 장치이다.
따라서 상기한 차압식 질량유량계 유량측정장치(200)는 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 맞는 가스의 밀도(ρ)를 밀도 데이터베이스에서 선택되어 입력되는 과정이 수행되고 그에 따라 질량유량을 구하는 공식에 연산되어 질량유량을 구할 수 있게 된다.
도 3b에서 보는 것처럼 상기한 열식 질량유량계 유량측정장치(200)는 통상의 열식 질량유량계(210)를 이용하여 기체의 유량을 측정할 수 있는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 통상의 열식 질량유량계(210)는 유체를 가열하여 어느 일정 온도로 높이는 데 필요한 에너지가 질량의 유량에 비례하는 것을 이용하는 방식의 유량계를 의미하는 것으로 본 발명은 어떠한 형식의 열식 질량유량계도 사용할 수 있다.
본 발명의 열식 질량유량계 유량측정장치(200)는 가스의 유입온도(T1)를 측정하는 온도센서(220)와 유출온도(T2)를 측정하는 온도센서(230), 열막측정센서(240)가 구비되어 가스의 유입온도(T1)와 유출온도(T2)를 측정하여 측정한 온도차(ΔT) 및 열막에 가해진 열량(W)이 입력되어 하기의 공식에 의하여 질량유량이 측정된다.
질량유량(Qm)=[(열량(W)/(정압비열(Cp)×온도차(ΔT))]-----(식 3)
본 발명의 상기한 열식 질량유량계(210)는 상기의 식에서 보는 것처럼 가스의 종류, 온도, 압력에 따른 정압비열(Cp)를 상기한 정압비열 데이터베이스에서 선택되어 입력되는 과정이 수행되어 가스의 정확한 질량유량을 측정하게 된다.
도 3c에서 보는 것처럼 본 발명의 상기한 코리올리식 질량유량계 유량측정장치(200)는 통상의 코리올리식 질량유량계(210)를 이용하여 유체의 질량유량을 측정하는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 통상의 코리올리식 질량유량계는 회전 좌표계에서 운동하는 물체가 받는 회전 관성력(코리올리힘)에 의해 나타나는 역학적인 효과인 코리올리 효과(Coriolis Effect)를 이용하는 질량유량계를 의미한다.
도 3c에서 보는 것처럼 통상의 코리올리식 질량유량계는 플로우튜브(220, 230)가 2개의 병렬 만곡관(U자관)으로 구성되는 동시에 중앙부에서 코일과 마그네트로 구성되어 있는 구동장치에 의해 이 2개의 플로우튜브(220, 230)를 서로 반대위상으로 공진구동(共振驅動)시키는 원리로 질량유량을 측정하게 된다.
본 발명은 이와 같이 유체(기체)의 유량을 측정할 수 있는 장치 또는 수단인 통상의 차압식 질량유량계, 열식 질량유량계, 코리올리식 질량유량계 등의 유량측정장치(200)를 이용하여 질량유량을 측정하고, 통과한 유량의 정확한 에너지량을 측정하며 압력을 제어할 수 있는 압력제어기를 제공하게 된다.
또한 본 발명은 상기한 바와 같은 구조와 방법에 따른 에너지 표시가 가능한 압력제어방법을 제공하게 된다.
즉, 본 발명은 측정하고자 가스의 종류, 가스의 온도(T), 압력(P) 등이 측정되어 입력되는 과정이 수행된다(1과정).
상기한 유량측정장치(200)에 의하여 질량유량을 측정하는 과정이 수행된다(2과정).
상기한 질량유량을 측정하는 과정을 수행하고 난 후 에너지량을 측정하는 과정을 수행한다(3과정).
본 발명은 앞서 설명한 바처럼 각각의 가스의 종류, 온도, 압력에 따라 엔탈피 데이터베이스(320), 밀도 데이터베이스(330) 또는/및 정압비열(Cp) 데이터베이스(340)가 기설정 되는 과정이 선행으로 수행된다.
본 발명은 입력된 상기의 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 따라 엔탈피 데이터베이스에서 엔탈피(H)가 선택되어 입력되는 과정이 수행된다(3-1과정).
상기에서 입력된 엔탈피(H)와 상기에서 연산된 질량유량(Qm)을 아래의 에너지 산정 공식에 대입하여 에너지량을 산정하는 과정이 수행된다(3-2과정).
즉, 에너지 공식은 E= Qm×H이 된다.(식 1)
여기서, E는 에너지(kJ/s)
Qm은 상기한 질량유량(kg/s)
H는 엔탈피(kJ/kg)이다.
따라서 E의 단위는 kJ/s가 된다.
상기한 압력제어장치(100)에 의하여 관에 흐르는 압력을 제어하는 과정이 수행되게 된다(4과정).
본 발명은 상기한 과정에 의하여 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 유량(질량유량 또는/및 체적유량) 및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어방법을 제공하게 된다.
본 발명의 상기한 구조와 기능으로 이루어진 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 질량유량, 체적유량 또는/및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어기 및 압력제어방법을 제공하게 된다.
본 발명은 기체의 유량을 측정하는 장치를 생산, 판매, 제공하는 산업에 매우 유용한 발명이다.
특히 또한 본 발명은 기체의 유량을 측정하면서 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하고 에너지량을 측정하게 하는 압력제어장치 또는 압력제어기와 관련된 산업에 매우 유용하다.
압력제어장치(100),
압력제어부(110), 제어용압력센서(120), 밸브구동기(130), 제어밸브(140)
유량측정장치(200),
종합처리장치(300),
정보처리장치(310), 엔탈피 데이터베이스(320), 밀도 데이터베이스(330), 정압비열(Cp) 데이터베이스(340)
디스플레이부(400), 온도측정센서(500), 압력측정센서(600)

Claims (4)

  1. 유량측정장치(200), 압력제어장치(100), 종합처리장치(300), 디스플레이부(400), 온도측정센서(500), 압력측정센서(600)를 포함하되,
    상기한 압력제어장치(100)는 유체가 흐르는 관(10)에 압력제어부(110), 제어용압력센서(120), 밸브구동기(130), 제어밸브(140)를 포함하여 구성되어 있고,
    상기한 종합처리장치(300)는 측정하고자 하는 기체의 온도(T) 및 압력(P)에 따른 엔탈피(H)를 미리 구하여 구축한 엔탈피 데이터베이스(320), 밀도 데이터베이스(330) 또는/및 정압비열(Cp) 데이터베이스(340)가 포함되어 구성되어 있고,
    상기 유량측정장치(200)에서 측정한 질량유량(Qm),
    상기한 종합처리장치의 엔탈피 데이터베이스(320)에서 입력된 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 따라 입력된 엔탈피(H)에 의하여 에너지를 측정하되,
    [에너지 공식은 E= Qm×H
    여기서, E는 에너지(kJ/s)
    Qm은 질량유량(kg/s)
    H는 엔탈피(kJ/kg)]
    인 것으로 구성된 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 기체의 유량 및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기한 유량측정장치(200)는 차압식 질량유량계 유량측정장치, 열식 질량유량계 유량측정장치 또는 코리올리식 질량유량계 유량측정장치인 것을 특징으로 하는 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 기체의 유량 및 에너지량을 측정하게 하는 압력제어기.
  4. 측정하고자 가스의 종류, 가스의 온도(T), 압력(P) 등이 측정되어 입력되는 과정(1과정),
    유량측정장치(200)에 의하여 질량유량을 측정하는 과정(2과정),
    상기한 질량유량을 측정하는 과정을 수행하고 난 후 에너지량을 측정하는 과정을 수행하되(3과정),
    측정하고자 하는 기체의 온도(T) 및 압력(P)에 따른 엔탈피(H)를 미리 구하여 구축한 엔탈피 데이터베이스에서 상기의 입력된 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 따라 엔탈피(H)가 선택되어 입력되는 과정(3-1과정),
    상기에서 입력된 엔탈피(H)와 상기의 유량측정장치(200)에 의하여 측정된 질량유량(Qm)을 아래의 에너지 산정 공식에 대입하여 에너지량이 산정되는 과정(3-2과정),
    [에너지 공식은 E= Qm×H,
    여기서, E는 에너지(kJ/s)
    Qm은 질량유량(kg/s)
    H는 엔탈피(kJ/kg)]
    압력제어장치(100)에 의하여 관에 흐르는 압력을 제어하는 과정(4과정)이 포함되어 구성된 사용자가 설정한 압력을 밸브 신호를 통해 제어하면서 동시에 기체의 유량 및 에너지량이 측정되는 압력제어방법.

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