KR-20260061661-A - Gas Backflow Compensation Method for Temperature-Pressure Compensator

KR20260061661AKR 20260061661 AKR20260061661 AKR 20260061661AKR-20260061661-A

Abstract

본 발명은 온압보정장치와 기계식 계량기가 결합된 시스템에서 발생할 수 있는 역류 문제를 해결하고, 정확한 가스 사용량을 측정하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중센서가 장착된 유량계로부터 펄스를 수신하여 실제 유량을 그대로 적산한 보정장치_비보정값과 실제 유량을 표준상태로 환산한 유량을 적산한 보정장치_보정값을 계산하고 저장하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법에 있어서, (A) 상기 이중센서로부터 수신된 두 펄스신호로부터 가스의 정류와 역류를 인식하는 흐름분석단계; (B) 역류로 인식되는 경우, 다음의 소단계를 진행하는 유량보정단계 (B1) 역류에 해당하는 실제 유량을 계산하는 소단계, (B2) 상기 계산된 역류량을 누적 보정장치_비보정값에서 차감하는 소단계, (B3) 상기 역류에 해당하는 실제 유량을 현재의 온도와 압력 조건을 고려하여 표준상태로 환산하는 소단계, (B4) 상기 환산된 역류량을 누적 보정장치_보정값에서 차감하는 소단계; (C) 상기 역류 보정이 완료된 보정장치_비보정값과 보정장치_보정값을 온압보정장치의 메모리에 저장하는 정보저장단계; 및 (D) 상기 저장된 보정값을 정기적으로 또는 요청 시 관리서버로 전송하는 정보전달단계;를 포함하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법에 관한 것이다.

Inventors

송종민
심경수
박진수

Assignees

제이비에너텍 주식회사

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20241028

Claims (7)

이중센서가 장착된 유량계로부터 펄스를 수신하여 실제 유량을 그대로 적산한 보정장치_비보정값과 실제 유량을 표준상태로 환산한 유량을 적산한 보정장치_보정값을 계산하고 저장하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법에 있어서, (A) 상기 이중센서로부터 수신된 두 펄스신호로부터 가스의 정류와 역류를 인식하는 흐름분석단계; (B) 역류로 인식되는 경우, 다음의 소단계를 진행하는 유량보정단계 (B1) 역류에 해당하는 실제 유량을 계산하는 소단계, (B2) 상기 계산된 역류량을 누적 보정장치_비보정값에서 차감하는 소단계, (B3) 상기 역류에 해당하는 실제 유량을 현재의 온도와 압력 조건을 고려하여 표준상태로 환산하는 소단계, (B4) 상기 환산된 역류량을 누적 보정장치_보정값에서 차감하는 소단계; (C) 상기 역류 보정이 완료된 보정장치_비보정값과 보정장치_보정값을 온압보정장치의 메모리에 저장하는 정보저장단계; 및 (D) 상기 저장된 보정값을 정기적으로 또는 요청 시 관리서버로 전송하는 정보전달단계; 를 포함하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법.
청구항 1에 있어서, (E) 설정된 임계값 이상의 역류가 감지될 경우 알람을 발생시키는 경고단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (A) 단계는 상기 이중센서의 두 펄스신호 중 어느 신호가 먼저 발생하는지에 따라 가스의 정류와 역류를 구분하는 것을 특징으로 하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법.
청구항 3에 있어서, 사전에 가스가 정방향으로 흐를 때의 펄스신호의 순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법.
청구항 3에 있어서, 소정 기간동안 더 많은 빈도의 유량을 나타내는 펄스신호 순서를 정방향 흐름으로 결정하는 것을 특징으로 하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법.
청구항 1에 있어서, 상기 이중센서는 마그네틱 센서인 것을 특징으로 하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법.
청구항 1에 있어서, 상기 방법은 기존 온압보정장치의 하드웨어를 그대로 활용하면서 소프트웨어 업데이트를 통해 구현되는 것을 특징으로 하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법.

Description

온압보정장치의 가스역류 보정방법{Gas Backflow Compensation Method for Temperature-Pressure Compensator} 본 발명은 가스 계량 시스템에 관한 것으로, 특히 대용량 산업용 가스 계량에 사용되는 이중 배관 시스템을 포함하는 여러가지 형태의 배관시스템에서의 정확한 유량 측정 기술에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 온압보정장치와 기계식 계량기가 결합된 시스템에서 발생할 수 있는 역류 문제를 해결하고, 정확한 가스 사용량을 측정하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법에 관한 것이다. 가스의 대량 사용처인 산업용 시설이나 대형 건물 등에서는 가스 공급의 안정성 및 편의를 위해 여러가지 형태의 배관시스템을 사용하고 있다. 이 시스템에서는 보통 한 개(메인) 라인만 사용되며, 각 라인에는 일반적으로 기계식 계량기와 온압보정장치가 세트로 장착되어 있다(도 1 참조). 톱니바퀴식, 기어구동형 터빈식, 실측방식형 로터리식 등과 같은 기계식 계량기는 역류가 발생하면 관련부품들이 반대로 회전하므로 가스의 정역류에 관계없이 실제 유량을 계산하며 보정기능이 없으므로 실제 유량(기계식_비보정값; 즉, 기계식 계량기의 지침값에 해당)을 측정한다. 온압보정장치는 유량계(기계식 계량기의 유량계일 수도 있음)에서 출력되는 펄스를 받아 비보정값과 보정값을 적산하는데, 보정장치_비보정값은 온도, 환경과 무관하게 현재 실제 유량을 그대로 적산하고 보정장치_보정값은 현재 온도와 압력을 표준상태로 환산(즉, 온도와 압력에 따른 보정계수를 반영하여 계산)한 유량을 적산한다. 따라서 원칙적으로 기계식_비보정값과 보정장치_비보정값이 일치하여야 한다. 최종적으로 보정장치_비보정값과 보정장치_보정값이 관리서버로 전송되고 최종 사용량(즉, 이용요금)이 산정된다. 한편, 이중 배관 시스템에서, 사용 중인 라인(온라인)의 가스 사용 상태에 따라 비사용 라인(잠긴 배관, 오프라인)의 압력이 변동될 수 있는데, 현재 사용되는 온압보정장치는 정역방향 회전 구별기능이 없어 유량계의 회전방향과 관계없이 펄스가 들어오면 가스사용으로 인식하므로 문제가 된다. 즉, 비사용 라인에는 실제 가스의 사용이 없음에도 순간적이고 반복적인 정역방향 가스 유동이 있게 되는데 이를 모두 정방향 가스 유동(즉, 가스 사용)으로 잘못 인식하여 보정장치_비보정값과 보정장치_보정값 모두를 증가시키는 현상이 발생하는 것이다. 이로 인해 기계식 계량기가 측정한 기계식_비보정값과 온압보정장치가 측정한 보정장치_비보정값이 달라지고 따라서 보정장치_보정값도 부정확하게 되며, 이 차이는 시간이 지남에 따라 누적되어 소비자 민원의 원인이 되고 있다. 현재 이 문제를 해결하기 위해 두 가지 방법이 사용되고 있다. 하나는 검침원이 직접 현장을 방문하여 기계식 계량기의 기계식_비보정값 정보를 수집하는 것이고, 다른 하나는 기계식 계량기에 각종 센서와 통신장비를 장착하여 기계식_비보정값을 인식하고 온라인으로 전송하는 것이다. 그러나 전자는 비효율적이고, 후자는 계량기 교체에 따른 고비용 문제가 있다. 이러한 배경에서, 사용량이 많은 이중 배관 시스템에서 '역류' 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 새로운 기술 개발의 필요성이 대두되고 있다. 특히, 기존 설비의 교체 없이도 정확한 가스 사용량을 측정하고, 역류를 감지할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 한편, 이러한 이중 배관 시스템이 아닌 단일 배관 시스템(주로 소규모, 가정용 기계식 계량기가 장착됨)에서는 심각할 정도의 역류문제가 발생하지 않는다. 왜냐하면 소규모이고 단일 배관이므로 그 말단이 열려 있다면(즉, 가스 사용중이라면) 역회전이 있을 수 없고, 닫혀 있다면 계량기와 말단 사이의 가스가 온도변화에 따라 소량 역류될 수 있는데 이는 온도가 회복되면 동일 량이 정상으로 흐르므로 스스로 보정이 되며, 나아가 기계식 계량기가 역류-정류에 대응하여 역회전-정회전하므로 이에 의한 사용량 오차는 거의 발생하지 않는다. 공개번호 20-2010-0011735(인코더를 이용한 펄스 발생 장치를 구비한 가스 계량기)는 기계식 계량기에 인코더를 추가로 장착하여 기어의 회전을 전기적 펄스로 변환하고, 이를 마이컴으로 처리하여 가스 사용량을 디지털 방식으로 측정함으로써 기계식 계량기를 디지털 계량기처럼 사용할 수 있도록 하는 기술을 제공한다. 그러나 이 선행기술은 심각한 역류 문제가 발생할 가능성이 낮은 주로 단일 배관 시스템의 소규모, 가정용 계량기를 대상으로 한다. 이에 선행기술은 역회전을 감지하지만 이를 사용량 보정에 활용하는 것이 아니라 '별도로 언급되지 않은 알람 장치에서 알람 신호를 발생'시키는 용도로 활용하고 있을 뿐이다. 이는 선행기술이 소규모 시스템에서의 역류 문제가 크지 않다는 점을 인식하고 있음을 시사하며, 역류 감지 기능은 주로 비정상적인 상황(예: 가스 누출, 계량기 고장 등)을 알리는 보조적인 역할을 하는 것으로 보인다. 반면, 대용량 산업용 가스 계량 시스템은 이중 배관을 사용하며, 복잡한 역류 현상이 발생할 수 있다. 비사용 라인의 압력 변동으로 인한 역류, 온압보정장치와 기계식 계량기 간의 측정 차이 등 선행기술로는 해결할 수 없는 문제들이 존재한다. 따라서, 대용량 가스 계량 시스템에서의 역류 문제를 해결하고, 정확한 가스 사용량을 측정할 수 있는 새로운 기술 개발이 시급한 실정이다. 도 1은 각 라인에 기계식 계량기와 온압보정장치가 세트로 장착된 이중 배관 시스템의 예시적 사진. 도 2는 이중센서가 탑재된 센서보드의 예시적 사진 및 센서보드가 내부에 장착되는 계량기 인덱스 펄스발생장치의 예시적 해체도. 도 3은 이중센서가 설치된 유량계 계량기 인덱스 펄스발생장치의 개념적 내부도. 도 4는 이중센서가 장착된 유량계에서 정방향 및 역방향 회전에 따른 펄스신호를 보여주는 사진. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다. 또한 청구범위의 구성요소에 도면부호가 병기되어 있는 경우, 이는 설명 위한 예시적인 것일 뿐 도면부호로 구성요소를 한정하려는 의도는 아니다. 또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 본 발명은, 가스계량기 이중센서가 장착된 유량계에서 정회전과 역회전일 때 펄스발생 특성이 다르다는 점을 발견하고 이를 활용한 것이다. 가스계량기 내부의 유량계 회전체에는 영구자석이 부착되어 있으며, 이 회전체 근처에 마그네틱 센서가 고정 설치되어 있다. 가스가 흐르면 유량계 회전체가 회전하게 되고, 이에 따라 영구자석도 함께 회전한다. 마그네틱 센서는 이 회전하는 영구자석의 자기장 변화를 감지하여 전기적 신호를 생성한다. 센서는 자기장의 강도가 특정 임계값을 넘을 때마다 전기적 펄스를 출력하며, 이 펄스의 발생 주기는 유량계 회전체의 회전 속도, 즉 가스의 유량과 정확히 비례한다. 이렇게 생성된 펄스 신호는 계량기의 전자 회로로 전송되어 가스 사용량 계산, 데이터 기록, 원격 검침 등 다양한 목적으로 활용된다. 한편, 최근 설치된 대부분의 기계식 계량기 유량계에는 고장에 대비하여 마그네틱 센서 두 개가 장착된 이중센서 시스템으로 되어 있다. 이중센서는 유량계 센서보드에 탑재되어(도 2에서 (A) 참조) 회전체가 있는 계량기 인덱스 펄스발생장치에 인접하여 설치된다(도 2에서 (B) 참조). 따라서 두 센서는 통상 유량계 회전체 중심축에서 비대칭적으로 배치된다(도 3 참조, 회전체 도시 생략). 도 3을 기준으로 검토하면, 이중센서가 장착된 유량계에서는 시차만 다른 동일한 두 펄스가 인식된다. '가스 사용중'인 경우 정방향 회전이면서 유속이 빠르다는 특징이 있다. 이에 따라 ⓐ 펄스는 S1이 S2에 앞서고(도 4 참조), ⓑ 두 펄스간 시간차는 △t1이며 ⓒ 역회전에 비해 펄스의 주파수가 크다(즉, 펄스간 간격이 짧다). 반면에 가스가 역방향으로 흐르는 것은 단순히 가스 사용 개시, 중지 또는 온도변화에 따른 순간적인 압력차이 때문이므로 역회전이면서 유속이 느리다. 이에 따라 ⓐ 펄스는 S2가 S1에 앞서고(도 4 참조), ⓑ 두 펄스간 시간차는 △t2이며 ⓒ 정회전에 비해 펄스의 주파수가 작다(즉, 펄스간 간격이 길다). 따라서 이중센서가 장착된 유량계를 가진 경우 두 마그네틱 센서의 펄스 신호만으로 정방향 회전인지, 역방향 회전인지를 구분할 수 있으며, 따라서 온압보정장치를 소프트웨어적으로 수정함으로써 '단순 압력차에 의한 역방향 회전'을 정확하게 인식하고 반영할 수 있게 되는 것이다. 이하 이러한 검토에 기초하여 본 발명을 설명한다. 본 발명은, (A)흐름분석단계, (B)유량보정단계, (C)정보저장단계; 및 (D)정보전달단계를 포함하는, 이중센서가 장착된 유량계로부터 펄스를 수신하여 실제 유량을 그대로 적산한 보정장치_비보정값과 실제 유량을 표준상태로 환산한 유량을 적산한 보정장치_보정값을 계산하고 저장하는 온압보정장치의 가스역류 보정방법에 관한 것이다. 본 발명은 이중센서가 장착된 유량계로부터 정보를 받는 온압보정장치에 적용된다. 이 이중센서는 유량계의 회전체에 부착된 영구자석의 움직임을 감지하는 두 개의 마그네틱 센서로 구성된다. 이 센서들은 유량계 회전체를 중심으로 임의의 각도로 배치되어 있다. 두 센서가 회전체를 중심으로 대칭으로 배치되지 않아야 한다. 본 발명에서 상기 (A)흐름분석단계는 상기 이중센서로부터 수신된 두 펄스신호로부터 가스의 정류와 역류를 인식하는 단계이다. 앞서 살펴보았듯이, 상기 이중센서의 두 펄스신호의 순서, 또는 펄스의 주파수 중 어느 하나로 가스의 정류와 역류를 구분하는 것이 가능하다. 예를 들면 첨부된 도 3과 같은 배치라면, 도 4에서 확인되듯이, S1 펄스가 S2 펄스에 앞서면 정회전하고 있다고 인식하고, 그 반대면 역회전하고 있다고 인식한다. 이러한 해석은 소정의 프로그램과 CPU를 이용하여 용이하게 이루어질