KR100862180B1

KR100862180B1 - 가스의 자동 공급차단 장치

Info

Publication number: KR100862180B1
Application number: KR1020070021072A
Authority: KR
Inventors: 고진면
Original assignee: 고진면
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-10-09
Also published as: KR20080080832A

Abstract

본 발명은 공급되는 가스를 자동으로 차단하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스의 흐름을 감지하는 검출부를 가스공급원과 중간밸브의 사이에 위치하되, 내부직경이 가스기기와 중간밸브 사이를 연결하는 제2배관보다 더 큰 제1배관의 내부에 설치한 가스공급 자동차단 장치에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 가스공급 자동차단 장치는 가스공급원과 제1배관으로 연결된 입력단과, 가스기기와 제2배관으로 연결된 출력단을 구비하여, 상기 제1배관 및 제2배관을 서로 유통 또는 차단시키는 중간밸브로 이루어진 가스공급 차단 장치에 있어서, 상기 제1배관에 장착되어, 가스의 흐름방향 및 속도를 감지하여 중간밸브의 차단을 결정하는 검출부; 및 상기 검출부의 결정에 따라 중간밸브를 차단시키는 중간밸브 차단부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징적 구성으로 한다.

이에 따라 가스 공급에 필요한 유로를 충분히 확보하고 용이하게 센서의 감지효율을 높이는 한편, 별도로 가스기기 및 중간밸브의 개폐여부를 감지하는 장치가 필요 없이 상기 센서에 의해 측정된 가스의 흐름방향, 유속 및 유량만을 근거로 가스기기가 점화되어있지 않은 상태에서 중간밸브가 열려 있는 상태와 같은 비정상적인 상황에서 가스기기로의 가스 유입을 자동으로 차단하는 효과가 있다.

가스, 유체, 센서, 공급, 배관, 중간밸브, 자동차단

Description

가스의 자동 공급차단 장치{AUTOMATIC APPARATUS FOR SHUTTING OFF THE SUPPLY OF GAS}

도 1은 종래의 가스의 자동 공급차단 장치를 나타내는 개념도.

도 2는 본 발명에 따른 가스의 자동 공급차단 장치의 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 가스의 자동 공급차단 장치의 검출부의 센서의 내부 구성을 나타내는 개념도.

도 4는 본 발명에 따른 가스의 자동 공급차단 장치의 검출부의 센서의 실시예에 의한 내부 구성을 나타내는 개념도.

도 5a는 본 발명에 따른 가스의 자동 공급차단 장치에서 도 3의 센서를 적용하여 설치한 모습을 나타내는 부분단면도.

도 5b는 본 발명에 따른 가스의 자동 공급차단 장치에서 도 4의 센서를 적용하여 설치한 모습을 나타내는 부분단면도.

도 6은 본 발명에 따른 가스의 자동 공급차단 장치의 검출부의 검출회로부를 나타내는 회로도.

※ 도면의 주요 부호에 대한 설명.

10: 가스공급원 20: 중간밸브

21: 입력단 22: 출력단

30: 가스기기 40: 제1배관

40a: 제한부 40b: 홀더

42: 제2배관 50: 검출부

51: 제1센서 52: 제2센서

53,56: 히터 54: 제3센서

55: 제4센서 57: 제5센서

58: 검출회로부

60: 중간밸브 차단부 70: 설정부

80: 경보수단 90: 전원차단수단

100: 전원부 110: 동작감지센서

본 발명은 공급되는 가스를 자동으로 차단하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 가정이나, 외식업소 등의 주방 및 난방 시설은 LPG, LNG 등의 가스를 원료로 하는 가스레인지 및 가스보일러와 같은 가스기기를 주로 사용한다.

이와 같은 가스 기기는 옥외의 가스탱크나, 도시가스 공사의 가스탱크와 같은 가스공급원으로부터 제1배관으로 연결되어 가스를 공급받게 된다.

상기와 같은 제1배관의 일단은 도시가스 공사의 가스탱크와 연결되어 있고, 타단은 가스기기에서 가스가 정상적으로 연소될 때는 작동되지 않으나 가스사용 중 호스가 빠지거나 절단되어 규정량 이상의 가스가 흐르면 가스를 차단하는 안전장치가 설치된 퓨즈콕이 달린 중간밸브의 입력단에 설치되어 있고.

그리고 상기 중간밸브의 출력단과 가스기기의 사이에는 규격화된 가스호스와 같은 제2배관으로 연결되어 있다.

따라서 사용자는 가스기기를 사용할 때, 먼저 중간밸브를 개방한 후 가스기기의 점화를 시도하여 사용하게 되며, 가스기기의 사용을 마친 후에는 가스기기를 소화하고 중간밸브를 차단하여 가스기기 쪽으로의 가스공급을 안전하게 차단시키게 된다.

여기서 상기 중간밸브는 보통 가정 내에서 사용되는 퓨즈콕의 경우에 퓨즈콕의 밸브 손잡이를 살짝 누른 상태에서 시계반대 방향으로 회전시켜 가스공급의 개방을 하고 시계방향으로 회전시켜 차단이 가능하도록 이루어져있다.

따라서 상기 중간밸브만 정확히 조작하면 가스누출로 인한 각종 사고의 위험 성은 대부분 막을 수 있지만, 사용자의 망각이나 가스기기의 소화 시마다 중간밸브를 조작해야 하는 불편함 등으로 가스기기만 소화시키고, 중간밸브를 차단시키지 않고, 가스기기의 동작을 중지시키는 것만으로 방치하거나, 사용자의 미숙한 조작에 의해 중간밸브를 정확하게 차단시키지 않고, 중간밸브의 상태를 차단과 개방사이에 놓이게 할 경우, 가스누출로 인한 안전사고가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

또한 가스기기는 가스기기와 중간밸브 사이의 연결호스 및 그 연결부위와 같은 제2배관 상의 미세한 손상이나, 장기 사용에 따른 균열로 가스누출이 발생할 수 있다.

따라서 상기와 같이 중간밸브의 미 차단으로 발생하는 문제점을 해소하기 위해 중간밸브를 자동으로 차단하는 장치가 다양하게 제안되어 있다.

첫째 종래의 기술은 상기 중간밸브에 타이머를 부착하여 설정된 시간이 지나면 자동으로 중간밸브를 닫도록 하는 기술로, 이는 사용자가 사용시간을 예상하고 이에 따라 일일이 타이머의 시간 조작을 해야 하는 불편함이 있고, 가스기기를 이용한 음식물의 조리 시 음식물의 넘침 등으로 가스기기가 예기치 않게 소화되어 있는 경우 가스공급을 유지하므로, 지속하여 안전사고의 위험에 노출될 수 있는 문제점이 있다.

또한, 상기 첫째 종래의 기술은 가스기기를 이용하여 조리 시 타이머의 설정한 예상 소화시간보다 실제 조리 시간이 길어지면, 타이머를 재조작하여 설정시간을 연장하거나, 조리 중에 가스기기가 자동으로 소화되면 중간밸브를 다시 열어야 하는 불편함이 따르고, 상기 타이머의 설정시간을 너무 길게 설정하면 안전사고 예방의 효과는 낮아지게 되는 문제점이 있다.

상기와 같은 첫째 종래의 기술의 문제점을 해소하기 위한 둘째 종래 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0551958호 "가스누출 방지 시스템 및 그것을 이용한 가스누출 방지 방법"에 잘 나타나 있다.

상기 대한민국 등록특허공보 제10-0551958호에 나타난 기술은 도 1을 참조하여 설명하면,

가스레인지(1)의 점화 여부를 판단하는 제1판단부(5)와,

상기 가스렌인지(1)의 가스 공급 경로에 설치된 중간밸브(3)의 개방/차단여부를 판단하는 제2판단부(5)와,

상기 가스레인지(1)와 상기 중간밸브(3) 사이의 경로에 설치되며, 상기 가스레인지(1)로 유입되는 가스의 유량을 측정하는 유량측정센서(2)와,

상기 제1판단부(5)에 의해 상기 가스레인지(1)가 점화되지 않은 것으로 판단되고, 상기 제2판단부(8)에 의해 상기 중간밸브(3)가 개방된 것으로 판단된 경우에 상기 유량측정센서(2)에 의해 상기 가스레인지(1)로 유입되는 가스의 유량이 측정되면 상기 중간밸브(3)를 차단 제어하고, 상기 제1판단부(5)에 의해 상기 가스레인지(1)가 점화된 것으로 판단되고, 상기 제2판단부(8)에 의해 상기 중간밸브(3)가 차단된 것으로 판단되면 상기 중간밸브(3)를 개방 제어하는 중간밸브 제어부(6)를 포함한 것이다.

상기와 같은 둘째 종래의 기술은 가스레인지(1)의 사용유무에 따라 자동적으로 중간밸브(3)를 개방하거나 차단할 수 있게 되어, 사용 시마다 중간밸브(3)를 개방/차단하여야 했던 사용자의 불편을 해소시킬 수 있게 하는 장점이 있지만, 다음과 같은 문제점이 있다.

1) 한국가스안전공사의 "타이머부착콕 개폐기 성능인증기준"에 의하면 퓨즈콕이 닫힌 후에는 자동으로 가스유로가 열리지 않는 구조일 것이라고 규정하고 있어, 상기 중간밸브(3)는 사용자의 인지상태에서 개방이 이루어질 수 있도록 자동으로 개방되는 것을 금지하고 있음을 알 수 있다.

따라서 상기 둘째 종래의 기술은 중간밸브(3)의 개폐를 사용자의 인지 없이 자동으로 하게 하므로, 한국가스안전공사의 규정에 부합하지 않는 문제점이 있다.

2) 상기 둘째 종래의 기술의 두 번째 문제점을 지적하기에 앞서, 가스안전공사의 설비 규정에 의하면, 도시가스공사의 가스탱크로부터 중간밸브까지의 가스 배관은 내부직경이 16-18mm로 이루어져 있고, 중간밸브에서 가스기기까지의 고무호수는 내부직경이 6-8mm로 이루어져 있다.

그런데 상기 둘째 종래의 기술은 그 유량센서를 그 발명의 상세한 설명의 8페이지에 기재한 것처럼 ⅰ)상기 유량측정센서(2)와 두 개의 압력센서 또는 차압센서로 구현하고, 상기 중간밸브(3)의 입출력단(입력단=가스탱크로부터의 배관 쪽 및 출력단=가스기기로 가는 고무호수 쪽)에 각각 하나씩 설치하는 방법, ⅱ) 하나의 유량측정센서(2)를 중간밸브(3)의 출력단에 설치하는 방법을 개시하고 있다.

따라서 상기 중간밸브(3)의 입력단 및 출력단에 장착된 압력 또는 차압측정센서 간의 압력차(압력차가 발생되면 유체가 흐르는 것이므로) 또는 출력단에만 홀로 장착된 유량측정센서(2)의 검출 유량을 토대로 제1,2판단부(5,8) 및 중간밸브 제어부(6)를 이용하여 중간밸브(3)를 차단하고, 가스레인지(1)로 흐르는 가스의 이동을 멈추게 한다.

또한 중간밸브(3)의 압력(유량)측정센서(2)에서 측정된 입력단 및 출력단의 압력차가 설정된 값보다 작은 값(가스레인지(1)를 동작할 수 있는 최소한의 가스량)이 흐를 때의 압력차 보다 적을 경우 중간밸브를 닫아주도록 하는 것이다.

여기서 참고로 상기 압력측정센서의 압력측정 원리를 살펴보면 유체가 충만히 흐르는 입력단의 배관 및 출력단의 호스(수)로 이루어진 유로에서 중간 부분에 오리피스 플레이트 또는 벤츄리관(ISO벤츄리관)과 같은 제한부를 설치 또는 형성하게 하여 유로의 내부직경을 줄이면 유로의 넓은 측으로 흐르는 유체는 유속이 느려지나 압력은 높아지고 유로가 좁은 측으로 흐르는 유체는 유속이 증가하나 압력이 감소하게 된다.

또한 중심부의 유체는 제한부를 통과한 직후 급격히 내부직경이 축소됨에 따라 유속이 급격히 빨라지고, 정압 또한 감소된다. 이러한 현상은 관성에 의해 더욱 심화되어 압력이 최소점인 축류점을 만들게 된다.

이 축류점에서 단면적이 최소, 유속은 최대, 정압은 최소, 모든 유체의 유선 을 평행을 이루게 되며, 이 축류점을 기준으로 유체 단면적은 서서히 다시 확대되고 유속 및 정압도 정상상태를 회복하게 된다.

여기서 유체의 단면적, 유속, 정압은 서로 불가분의 관계에 있으며, 곧 유체측량을 결정하는 중요한 함수인 것으로 실제 오리피스 전후 정압을 측정하여 베르누이 방정식과 연속의 법칙에 의해 유량을 산출하게 된다.

오리피스 플레이트의 전후관의 도관으로부터 각각 인출된 압력들은 중간밸브의 입력단 및 출력단에 장착된 양 유량측정센서(2)(압력/차압측정센서)를 이용하여 검출하고 차압에 따른 공기적 또는 전기적인 출력신호를 개평연산기를 통해 연산하거나, 차압 발신기 자체에 마이크로프로세서가 내장되어 개평 연산결과를 제어 또는 측정신호로 사용하게 된다.

따라서 둘째 종래의 기술은 앞서 설명한 바와 같이 입력단 및 출력단 상호간의 차압발생을 크게 하기 위해 벤츄리관, ISO벤츄리관 및 오리피스관 같은 유속을 높이기 위한 제한부를 입력단 및 출력단(입력단 및 출력단에 모두 유량측정센서 및 압력 또는 차압측정센서가 있는 경우), 또는 출력단(출력단에만 유량측정센서가 있는 경우)에만 설치하게 된다.

여기서 가스공급원(4)과 중간밸브(3) 사이의 배관의 내부직경은 가스안전공사의 규정에 의하면 16-18mm이고, 중간밸브(3)와 가스레인지(1) 사이의 배관의 내부직경은 6-8mm이므로, 상기 중간밸브(3)와 가스레인지(1) 사이의 배관 쪽에 유량측정센서(2)를 반드시 하나는 설치해야 하는 둘째 종래 기술은 가스레인지(1)로의 가스 이동량의 큰 손실을 초래하게 되며 유량손실을 보상하기 위해 추가적으로 가스공급원(4)과 중간밸브(3) 사이에 정압기(도시되지 않음) 및 정압탱크(도시되지 않음) 등의 설비가 추가하여야 하는 문제점이 있다.

그렇지 않을 경우, 근래 주로 보급되는 3구 이상(또는 4구 혹은 추가로 가스오븐레인지 포함)의 가정용 가스레인지(1)를 사용할 때, 동시에 여러 화구를 사용하게 되면, 중간밸브(3) 출력단 이후의 좁아진 유로로 인해 공급되는 가스의 원활한 흐름을 방해하여 가스레인지(1)의 불꽃의 화력이 저하되는 문제점이 발생되게 된다.

따라서 둘째 종래의 기술은 가스공급원(4)으로부터 중간밸브(3) 사이에 가스를 공급하는 16-18mm의 직경을 갖는 배관에 오리피스관을 형성시키 고, 중간밸브에서 가스레인지까지의 6-8mm에 불과한 내부직경을 갖는 배관 쪽에 또하나의 오리피스관을 설치하며 추가로 유량측정센서를 설치하여야 하는 구조이므로, 상기 가스레인지(1)의 불꽃의 화력이 저하되는 문제점이 발생되는 중대한 문제점을 해소할 수 없는 한계가 있는 것이다.

또한 상기 둘째 종래의 기술은 가스레인지(1) 및 중간밸브(3)의 개폐를 감지하는 별도의 제1,2판단부(5,8)를 두었기 때문에, 구성이 복잡하고 제조비용이 많이 드는 문제점까지 안고 있다.

3) 상기 둘째 종래의 기술은 대부분의 설치된 가스레인지(1)에서의 중간밸브(3) 출력단과 가스기기 사이의 고무호스의 체결부위의 미세 가스누출(통상 3시간에서 4시간 경과하면 호스내의 압력과 대기압은 같아 짐)로 인한 중간밸브(3)의 자동 열림 발생과 같은 중대한 문제점도 발생한다.
4) 상기 둘째 종래의 기술은 하나의 유량센서를 중간밸브 하단에 설치하여 개폐동작을 하도록 시스템을 구현하도록 함으로써, 화재 등으로 가장 취약한 부위인 중간밸브와 가스기기 사이의 고무호스가 파손될 경우, 자동으로 중간밸브가 열리도록 하는 중대한 가스사고 위험요소를 내포하고 있다.

5) 상기 둘째 종래의 기술의 유량측정센서(2)에 적용된 열식 질량 흐름 센서가 미세한 가스의 흐름을 감지하기 위해 가연성 가스의 유로에 히터(heater)를 포함하는 저항식 센서를 적용함으로써, 과류의 전류가 센서로 유입되거나 히터의 수명이 다할 때 발생될 수 있는 과열의 문제점에 대한 인식이 전혀 없어, 사용상의 심각한 안전문제를 일으킬 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로써,

첫째, 중간밸브의 개폐를 자동으로 하여 한국가스안전공사의 규정에 부합하지 않는 것에서 벗어나, 개방은 사용자가 하되, 사용자가 가스기기를 사용한 후, 중간밸브의 차단만 자동으로 하여주는 가스공급 자동차단 기술의 근본 취지를 살리는 한편, 중간밸브의 출력단 측의 배관이 아닌 입력단 측의 배관에 유량측정센서를 장착하여, 가스의 공급유량의 저하(감소)없이 제한부와 같은 유량측정센서의 효율을 높이는 장치를 효과적으로 설치 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

둘째, 종래와 같이 중간밸브의 출력단에 유량측정센서를 장착하여 가스기기에서의 중간밸브 출력단과 가스기기 사이의 고무호스의 체결부위의 미세 가스누출 로 인한 중간밸브의 자동 열림 발생과 같은 기기의 오작동을 원천적으로 방지하고자 하는 것을 목적으로 한다.

셋째, 본 발명에 적용되는 유량측정센서에 적용된 열식 질량 흐름 센서는 과전류의 흐름과 같은 문제의 발생 시 자동으로 전원의 공급을 차단하는 것을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 구성에 대하여 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 가스공급 자동차단 장치(이하, "자동차단 장치"라 함)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 검출부(50) 및 중간밸브 차단부(60) 등으로 이루어진다.

여기서 앞의 종래의 기술에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가스공급 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 가스공급원(10)과 중간밸브(20)의 입력단(21)은 제1배관(40)으로 서로 연결되고, 가스기기(30)와 중간밸브(20)의 출력단(22)은 제2배관(42)으로 서로 연결된다.

여기서 상기 제1배관(40)은 보통 16-18mm의 내부 직경(가스 유통로의 직경)을 갖는 금속성으로 이루어지고, 상기 제2배관(42)은 보통 6-8mm의 내부직경을 갖는 고무재질의 호스(수)로 이루어진다.

따라서 상기 검출부(50)는 제1배관(40)의 내부에 설치되어 제1배관(40)의 내부로 흐르는 가스의 흐름방향, 유속 및 양을 측정하기 위한 것으로 바람직하게는 열식 질량 유속 측정 센서로 이루어진다.

이는 상기 검출부(50)가 제1배관(40)의 내부에 설치되는 것은, 상기 제1배관(40)은 제2배관(42)보다 내부직경이 더 크므로, 검출부(50)의 감지력을 높이기 위해 종래의 기술에 설명한 바와 같이 오리피스 플레이트와 같은 제한부(40a)를 설치하였을 때, 가스기기(30)로의 원활한 가스 공급을 용이하게 하기 위함이다.

도 5a,b에 도시된 바와 같이, 상기 제한부(40a)는 제1배관(40)에서 상기 열식 질량 유속 측정 센서의 측정위치 주변에 내부직경을 좁힐 수 있도록, 제1배관(40)의 내부면을 벤츄리, ISO벤츄리관 및 오리피스관의 형태로 가공하여, 상기 제1배관(40)의 내부 직경이 좁아지게 하거나, 가스의 흐름을 일정 부분 방해하도록 차단막(도시되지 않음)을 형성시킨 것이다.

여기서 상기 제한부(40a)에 의해 좁아진 제1배관(40)의 내부직경은 제2배관(42)의 내부직경 이상이 되도록, 상기 제한부(40a)의 두께를 설계하게 된다.

따라서 상기 제한부(40a)를 설치한 제1배관(40)의 내부직경은 제1배관(40)의 내부직경이 16-18mm(도 4a,b의 a1 부분)이고, 제2배관(42)의 출력단(22)의 내부직경이 6-8mm(도 4a,b의 a3 부분)이므로, 상기 제한부(40a)는 내부직경(도 4a,b의 a2 부분)이 8mm 이상으로 설계하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 제한부(40a)에 의해 형성된 제1배관(40) 내의 가스의 방향 및 속도 검출구간은 시간당 같은 유량으로 흐르는 가스의 유로에서 가스와 가열된 후술하는 센서 사이에서의 열교환 효율을 보다 크게 하여 가열된 센서의 냉각효율을 극대화할 수 있으며 이로 인해 보다 정확한 유로내의 가스의 흐름을 측정할 수 있게 할 수 있다.

여기서 상기 검출부(50)에 적용된 열식 질량 유속 측정 센서에 대하여 설명하면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 열식 질량 유속 측정 센서는 두 개의 센서부, 가열수단 및 검출회로부로 이루어져있다.

상기 두 센서부는 가스가 유입되는 방향에 위치된 제1센서(51)가 가스의 흐름에 의해 접촉되면 제1센서(51)는 냉각에 의해 다른 쪽 방향에 위치된 제2센서(52)와 대비하여 상대적으로 큰 저항 값의 변화를 일으킬 수 있도록 서로 같은 전기적인 저항이 갖게 구성된다.

상기 가열수단은 상기 제1,2센서(51,52)의 사이에 위치하고, 상기 제1,2센서(51,52)를 동등하게 간접 가열하기 위한 것으로, 바람직하게는 저항체 히터(heater)로 구현된다.

상기 검출회로부(58)는 제1,2배관의 내부에 형성된 유로의 내부에 가스가 흐를 때, 상기 제1,2센서간의 냉각속도 및 열전달차이에 의한 저항 값의 차이에 의해 발생된 전위차를 이용하여 가스의 흐름방향, 속도 및 양을 계산하는 것으로, 바람직하게는 브릿지 회로로 구성되며, 회로의 전위차가 가스의 흐름이 없을 때, 일정한 값을 가지도록 하나의 가변저항의 값을 조정하여 구성된다.

즉, 가스의 흐름이 없는 상태에서 전원을 공급하게 되면 제1,2센서의 사이에 위치한 히터가 열을 발산하여 양측 센서를 일정 온도로 가열시키고, 이에 따라 두 센서의 저항 값이 동시에 증가하게 된다. 이때 두 센서는 가열수단에 의해 동일하게 가열되므로, 서로 저항 값은 같게 되어 회로에서의 전위차는 설정된 일정한 값을 가지게 된다.

도 5a,b에 도시된 바와 같이, 즉, 제1배관(40)의 제한부(40a)의 내주연에 설치되되, 상기 제1배관의 길이방향에 평행하게 제1센서(51)-히터(53,56)-제2센서(52)가 위치되어, 유체가 특정 방향에서 흐르면, 제1센서 또는 제2센서 중 어느 하나는 반드시 먼저 유체의 흐름을 접촉할 수 있는 구조면 다양한 설계변경이 가능하다.

따라서 가스가 흐르게 되면 반드시 한쪽 센서가 먼저 가스의 흐름과 접촉되어 다른 쪽의 센서와 대비하여 냉각효율이 좋아지게 구성한 것이다.

즉, 상기 센서가 설치된 제1배관(40)의 내부에 가스의 흐름이 있게 되면, 상기 두 센서는 각각 제1배관(40)의 일측 및 타측을 바라보고 있게 되고, 히터에 의해 동시에 같은 온도로 가열된 두 센서는, 가스의 흐름에 먼저 접촉되는 센서가 그 반대편에 위치한 센서보다 냉각속도가 더 빠르게 되므로, 중간에 히터(53,56)를 중심으로 두 센서의 온도차가 발생되므로, 이로 인해 회로의 전위차는 설정된 일정한 값에서 플러스 값 또는 마이너스 값을 나타내게 되고, 이를 근거로 제1배관(40)에서의 가스의 흐름방향 및 유속 또는 유량을 측정할 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기 센서를 제1배관(40)에 설치할 때 안정된 고정과 바람직한 설치방향 그리고 발생될 수 있는 가스누출을 차단하기 위해 홀더(40b)를 구비하게 된다.

상기 나사형의 홀더(40b)에 센서를 삽입하고, 레진이나 그 밖의 경화제로 완전히 홀더와 센서의 사이의 빈틈을 제거한 후, 나사를 배관에 고정하거나 고분자(플라스틱)의 장치 등에 센서의 하단을 삽입하고 배관과 홀더 사이에는 오링을 포함하여 기밀을 유지할 수 있게 한다.

또한 두 센서의 냉각차를 극대화하고-가스흐름에 대하여 평행- 가스의 흐름 방향을 검출부에 올바르게 제공할 수 있도록 홀더의 표면에 센서의 방향을 표시할 수도 있다.

상기 열식 질량 유속 측정 센서의 다른 실시예에 따른 전기적인 회로구성을 살펴보면, 세 개의 전기적 저항을 갖는 센서로 이루어져 있으며 저항 값이 같은 상단의 두 센서 중간에 이들 센서에 열을 공급하는 히터가 위치하고, 상단의 두 센서는 직렬로 연결되어 있으며 히터의 영향을 받지 않는 다른 한편에는 하나의 높은 저항 값을 갖는 센서가 위치한다.

이에 따라 브릿지 회로를 구성하여 가스가 흐르지 않을 때, 회로내의 전위차가 "0"값을 가지도록 가변저항 값을 정하게 된다.

여기서 상기 열식 질량 유속 센서의 검출회로부(58)의 회로도를 도 6을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

R1은 브릿지 회로에서 V1과 V2의 전위차가 "0" 또는 일정한 값이 되도록 조절하여 주는 가변저항이다.

이 가변저항 R1을 조정하여 가스의 흐름이 없을 때, R1*RSright = R2*RSleft가 되도록 하면 이때 회로의 전위차는 V1-V2=0을 나타내게 되며, R1의 변화에 따라 일정한 값을 가지도록 정할 수 있다.

이렇게 브릿지 회로가 구성된 센서를 가스가 흐르는 유로에 위치하게 되면 가스의 흐름방향 및 유속에 따라 R_Sright와 R_Sleft가 변하게 되어 "0"값 또는 일정한 값을 나타내던 전위차 값이 변하게 된다.

이때, 전위차 값의 변화에 따라 가스의 흐름방향을 판단하게 되고 그 변화된 값의 절대 값의 크기에 따라 가스의 유속을 판단하게 되고, 상기 가스의 유속을 토대로 가스의 유량을 판단하게 된다.

상기와 같은 구성에 의해 검출부(50)는 가스의 흐름의 방향, 유속 및 유량을 측정함과 동시에 중간밸브(20)의 개폐여부를 결정하여, 중간밸브 차단부(60)로 하여금 중간밸브(20)를 차단시키도록 제어하는 역할을 하며, 상기 중간밸브 차단 부(60)는 검출부(50)의 결정에 따라 중간밸브(20)를 기계적으로 차단하는 역할을 한다.

여기서 검출부(50)에 적용된 열식 질량 유속 측정 센서가 제1배관(40) 내에서 가연성 가스의 흐름 속에 놓여있으므로, 상기 열식 질량 유속 측정 센서로의 과전압/과전류 공급을 막기 위한 전원차단수단(90) 및 경보수단(80)을 설치하는 것이 바람직하며, 또한 상기 검출부(50)가 중간밸브(20)를 차단하도록 판단을 중간밸브 차단부(60)로 전송하는 것에 대한 실시 예는 다음과 같다.

(실시 예1)

■ 가스기기(30)가 사용할 수 있는 최소한의 가스 사용량 이하일 경우 중간밸브(20) 차단.

앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 검출부(50)는 열식 질량 유속 측정 센서의 두 센서간의 전위차 값을 근거로 유로에 흐르고 있는 가스의 질량속도를 판단할 수 있으며, 가스기기를 사용할 수 있는 최소한의 유속 및 유량 값 미만에서 중간밸브(20)를 차단시켜주는 기능을 포함한다.

이는 가스기기(30)가 설치되는 장소 및 가스기기 종류에 따라 최소한의 불꽃이 유지되도록 하는 유량의 차이가 존재하게 되므로 처음 설치하거나 중간에 가스기기를 교체하는 경우 등 초기 설정 값을 주어야 할 경우에는, 최소한의 화력으로 가스기기를 사용할 수 있는 유량 및 유속의 값을 장치에 설정시켜 줄 수 있도록 설 정부(70)를 더 포함할 수 있다.

이는 사용하고자 하는 장소에 설치된 가스기기(30)의 가장 작은 화구에서 최소한의 화력으로만 가스기기를 켜 놓고 이때의 유량 및 유속의 정도를 설정부(70)를 이용하여 입력하게 하는 것이며, 상기 설정된 값을 기준으로 가스의 흐름의 방향성은 있으나 측정된 유속 및 유량의 정도가 이 값보다 더 작으면 공급되는 가스가 가스기기의 연소 목적이 아닌 누출 혹은 가스기기가 꺼진 상태에서 공급되고 있는 것으로 인식하고, 별도의 경보수단(80)을 이용하여 경보신호를 보낸 후 추가적으로 중간밸브(20)를 차단시키게 된다.

또한 상기 설정부(70)에 설정된 값을 기준으로 가스의 흐름의 방향성이 무시할 정도로 작거나 없고 측정된 유속 및 유량의 정도도 이 값보다 작거나 "0"값을 나타내면 가스기기를 사용하지 않는 것으로 판단하고 중간밸브(20)를 자동으로 차단시키게 구성할 수 있다.

(실시 예2)

■ 열식 질량 유속 측정 센서의 전원공급 방법 - 중간밸브(20)의 개방직전 열식 질량 유속 측정 센서에 전원을 공급

여기서 본 발명은 기본적으로 전원부(도시되지 않음) 및 시각정보를 취득할 수 있도록 하는 카운터(도시되지 않음)가 설치되어 있다.

그리고 상기 열식 질량 유속 측정 센서(Thermal Mass Flow Sensor)는 검출부(50) 및 중간밸브 차단부(60)와 연동되어 있다.

따라서 상기 열식 질량 유속 측정 센서(Thermal Mass Flow Sensor)는 가스기기(30)를 사용하지 않을 때, 그 센서의 수명연장과 가스기기(30)를 사용하지 않는 상태에서 히터(53,56)로의 전기흐름으로 인한 가열을 막기 위해 전원을 공급하지 않고, 사용자가 가스기기(30)를 사용하기 위해 중간밸브(20)를 열어주기 직전에, 검출부(50)는 이를 감지하고 전원부(도시되지 않음)로 하여금 열식 질량 유속 측정 센서에 전원을 공급하도록 하고, 상기 중간밸브(20)를 차단한 후에는 카운터를 통해서 일정시간 경과됨을 인지한 후 센서로의 전원공급을 차단하도록 한다.

(실시 예3)

■ 검출부(50)가 적용할 기준 값 측정

사용자가 가스기기(30)를 사용하기 위해 중간밸브(20)를 열려고 중간밸브(20)를 개방하는 버튼을 누르는 순간, 검출부(50)는 이에 따라 전원부를 제어하여 전원을 열식 질량 유속 측정 센서로 공급하고 일정시간 동안 히터(53,56)를 가열한 후, 이때 발생한 검출회로부(58)의 브릿지 회로의 전위차을 측정하여 이 값을 기준점으로 검출부(50)에 설정하고 난후, 중간밸브(20)를 개방하게 된다.

사용자가 가스기기(30)를 사용한 후, 검출부(50)에 의해 기준점과 대비하여 일정한 값 이하로 작은 가스흐름이 발생하면 다시 가스기기(30)를 사용하지 않는 것으로 판단하고 중간밸브(20)를 차단시켜 주도록 감지신호를 중간밸브 차단부(60)로 전송하게 된다.

(실시 예4)

■ 동작감지센서(110)를 통한 히터로의 자동 전원공급 기능

상기 질량 유속 측정 센서의 수명연장과 가스기기(30)를 사용하지 않는 상태에서 히터(53,56)로의 전기흐름으로 인한 가열을 막기 위해 중간밸브(20)가 차단된 상태에서는 전원을 공급하지 않고 있으나, 별도로 가스기기(30)에는 동작감지 센서를 추가하여 사용자가 가스기기(30)로 접근하게 되면, 검출부는 열식 질량 유속센서가 중간밸브(20)가 열리기전에 적절한 온도에서 센서의 안정된 값을 출력하도록 미리 전원을 질량 유속 측정센서에 공급하게 된다.

이에 따라 중간밸브(20)를 열기 위해 전원을 공급하기 전의 검출회로부(58)의 회로에서 사용직전의 전위차를 가스흐름이 없을 때 기준이 되는 기준값으로 설정하고, 카운터의 시각정보를 이용하여 일정시간이 지나도 중간밸브(20)를 열거나 가스기기를 사용하지 않으면 자동으로 센서로의 전원을 차단하게 된다.

(실시 예5)

■ 정전압공급장치를 통한 히터로의 전원공급 기능

상기 질량 유속 측정 센서의 수명연장과 가스기기(30)를 사용하지 않는 상태에서 히터(53,56)로의 전기흐름으로 인한 불필요한 가열을 막기 위해 중간밸브(20)가 차단된 상태에서는 전원을 낮게-적절공급 전압의 50%전후- 공급하는 정전압공급장치를 구비하게 된다.

이에 따라 가스기기(30)를 사용하기 위해 중간밸브(20)를 열려고 중간밸브(20)를 개방하는 버튼을 누르는 순간, 검출부(50)는 정전압공급장치를 이용하여 적절한 전압의 전원을 열식 질량 유속 측정 센서로 공급하고 일정시간 동안 히터(53,56)를 가열한 후, 이때 발생한 검출회로부(58)의 브릿지 회로의 전위차을 측정하여 이 값을 기준점으로 검출부(50)에 설정하고 난후, 중간밸브(20)를 개방하게 된다.

(실시 예6)

■ 열식 질량 유속 측정 센서로의 전원차단수단

상기 열식 질량 유속 센서에는 과량의 전류가 흐르게 되면 자동으로 전원을 끊어주는 퓨즈와, 그 외에 과량의 전류가 흐르지 못하도록 하는 정전류/정전압 공급 장치와 같은 전원차단수단을 추가함이 바람직하다.

(실시 예7)

■ 기준온도 초과 및 시간경과에 따른 중간밸브의 차단

사용자가 가스기기(30)를 사용하기 위해 중간밸브(20)를 열어주는 순간, 가스기기(30)를 점화하기 전에 시스템에 전원을 공급함과 동시에 별도의 온도센서를 이용하여 주변의 온도를 기준온도로 측정하고 가스기기(30)를 사용 중 주변의 온도가 기준온도보다 일정한 값 이상으로 상승할 때에는 가열중인 대상이 과열된 상태 또는 화재의 발생으로 인식하고 경보신호를 발생한 후 자동으로 중간밸브(20)를 차단하는 기능을 가진다.

또한 검출부(50)에서 감지한 가스기기(30)의 사용유량 및 유속이 일정한 범 위 내에서 변동하지 않으면서 일정시간이상 사용 중 일 때, 가스를 점화하고 그 사실을 잊은 것으로 판단하여 경보수단(80)을 이용하여 경보신호를 발생하거나 또는 경보발생 이후 카운터에서 카운팅한 시간이 일정시간이 경과되면 중간밸브 차단부(60)로 감지신호를 전송하여 추가적으로 중간밸브(20)를 차단할 수 있다.

이때 경보수단(80)의 경보신호와 동시에 또는 일정한 시간 이내에 사용 중인 가스기기(30)의 유량 및 유속 변경이 있으면 경보를 차단하고 중간밸브(20)를 차단하지 않으며 이 시점을 기준으로 다시 이 기능을 유지한다.

상기와 같은 구성 및 실시예에 의한 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

열식 질량 유속 측정 센서는 히터(53,56)를 중심으로 양쪽에 센서가 동시에 가열되어 같은 저항 값 변동을 갖게 된다.

이때 가스가 한쪽 센서(이하 "센서1" 이라 함)에서 다른 쪽 센서(이하 "센서2" 라 함)의 방향으로 흐르게 되면 제1센서는 제2센서에 비해 가스의 흐름(유속)으로 인한 열손실을 상대적으로 크게 받게 되고 또한 히터로 부터의 열전달도 더 큰 지장을 받게 된다.

따라서 검출회로부(58)의 회로 내에서 전위차가 발생하게 되고 그 값을 근거로 가스의 흐름방향 및 유속을 판단하고, 상기 유속을 토대로 유량까지 판단할 수 있도록 한다.

이와는 다른 실시예로서 열식 질량 유속 측정 센서에는 히터(53,56)를 중심 으로 양쪽에 저항식 센서가 직렬로 연결되어 있으며 전원의 공급과 함께 제3센서(54)와 제4센서(55)는 히터(53,56)에 의해 동시에 가열되어 같은 저항 변동 값을 갖게 되어 있다. 또한, 제5센서(57)는 히터(53,56)에 의해 영향을 받지 않고 주위온도에 따른 고유의 저항 값을 가지도록 위치하게 된다.

이때 가스가 제4센서(55)에서 제3센서(54)의 방향으로 흐르게 되면 상대적으로 온도가 높은 제3센서(54)와 제4센서(55)가 제5센서(57)에 비해 더 큰 냉각효율에 의해 상대적으로 큰 저항변동 값을 가지게 된다.

특히, 가스의 흐름 상류에 있는 제4센서(55)의 냉각효율이 제3센서(54)에 비해 더 크게 나타나게 되는데 이때, 제5센서(57)는 가스흐름의 하류 및 히터에 의해 가열되지 않은 낮은 온도에 있게 되어 상대적으로 냉각효율이 더 낮게 되고, 가스흐름에 따른 저항변동 폭이 작게 나타나게 되므로, 전위차가 없거나 일정한 값이 되도록 최초에 설계된 검출회로부(58)의 회로에는 이로 인한 전위차의 변화가 발생하게 된다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명에 따르면,

첫째, 가스공급원으로부터 중간밸브와 연결된 제1배관보다 내부직경이 작은 가스기기와 중간밸브를 연결하는 제2배관에 센서가 설치되어, 상기 센서 및 센서의 작동을 원활하게 하는 제한부(오리피스, 벤츄리, ISO벤츄리관)에 의해 가스공급이 원활하지 못하는 종래의 기술과는 달리,

상기 센서 및 제한부를 제1배관의 내부에 장착하여 가스 공급에 필요한 유로를 충분히 확보하고 용이하게 센서의 감지효율을 높이는 한편, 별도로 가스기기 및 중간밸브의 개폐여부를 감지하는 장치가 필요 없이 상기 센서에 의해 측정된 가스의 흐름방향, 유속 및 유량만을 통해서 비정상적 상황에서 가스기기로의 가스 유입을 차단하는 효과가 있다.

둘째, 유속을 증가시켜 센서의 감지 효율을 높이기 위한 제한부는 제2배관보다 내부직경이 더 큰 제1배관에 설치됨으로써, 가스의 유로 및 유량을 충분히 확보하게 하는 효과가 있다.

셋째, 상기 제한부에 의해 좁아진 제1배관의 내부직경은 제2배관의 내부직경 이상이 되도록, 상기 제한부의 내부직경을 설계함으로써, 상기 제한부에 의해 가스공급이 방해되는 문제점을 해결한 효과가 있다.

넷째, 본 발명의 검출부는 한쪽에 가스의 흐름이 접촉되면 냉각에 의해 다른 쪽과 대비하여 큰 저항 값의 변화를 일으킬 수 있도록 양쪽에 전기적인 저항이 같은 두 개의 센서부를 구비하고, 상기 두 센서부의 사이에는 상기 두 센서부를 가열하기 위한 가열수단을 구비하며, 상기 두 개의 센서의 저항 값의 차이에 의해 발생된 전위차를 이용하여 가스의 흐름 및 양을 계산하는 검출회로부로 이루어진다.

따라서 상기 센서부에 의해 가스의 흐름방향, 유속 및 유량을 편리하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 본 발명의 검출부는 제1배관에서 흐르는 가스의 양이 가스기기가 작동되는 최소의 설정치 미만으로 감지되면, 이를 가스누출로 간주하고 중간밸브 차단부로 중간밸브를 차단함으로써, 미세한 가스누출에 의한 안전사고를 예방하는 효과가 있다.

여섯째, 본 발명의 검출부는 사용자에 의하여 중간밸브를 개방하기 위해 전원을 공급함과 동시에 최초전원이 공급되는 것을 원칙으로 하지만, 예열시간 단축을 통한 사용상의 편리성을 위해 동작감지센서와 정전압공급장치 등을 사용하여 적정전압보다 낮은 상태로 사전에 전원이 공급되게 함으로써 최대한 짧은 예열 시간 내에서의 기준 값 설정을 가능하도록 하며, 이후 중간밸브를 개방한다. 이 기능을 통해 상기 검출부의 히터가 가스기기가 사용되지 않는 때에 과열로 인한 위험을 방지하는 효과가 있다.

상기에서 적정 전압이라 함은 중간밸브를 개방하기 전, 열식 질량 유속 센서의 히터가 양단의 센서를 일정 온도로 가열하여 안정된 전위차 값을 기준 값으로 정하기 위해 공급되는 정상 사용전압이다.

일곱째, 본 발명의 검출부가 중간밸브 상단에 위치함으로 인해, 하단에 위치할 경우 가스호스 및 가스기기의 노후화, 호스 체결불량 그리고 화재 등으로 인한 호스의 파손 등으로 발생될 수 있는 가스누출로 인한 기기의 오작동을 미연에 방지하는 효과가 있다.

Claims

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가스공급원과 제1배관으로 연결된 입력단과, 가스기기와 제2배관으로 연결된 출력단을 구비하여, 상기 제1배관 및 제2배관을 서로 유통 또는 차단시키는 중간밸브로 이루어진 가스공급 차단 장치에 있어서,

상기 제1배관의 내측에서 상기 중간밸브의 입력단과 일정 거리 이격된 위치의 상기 제1배관의 내부 직경을 상기 제2배관의 내부 직경 이상이 되는 범위로 축소시킴으로써 가스의 유속을 증가시키는 제한부를 구비하여 상기 가스의 흐름 방향 및 속도를 감지한 후 중간밸브의 차단을 결정하는 검출부; 및

상기 검출부의 결정에 따라 중간밸브를 차단시키는 중간밸브 차단부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.
제3항에 있어서,

상기 검출부는 제1배관에서 흐르는 가스의 흐름방향 및 속도를 감지하기 위해서,

한쪽에 가스의 흐름이 접촉되면 냉각에 의해 다른 쪽과 대비하여 저항 값의 변화를 일으킬 수 있도록 양쪽에 전기적인 저항이 같은 제1,2센서를 각각 구비하고,

상기 제1,2센서의 사이에는 상기 제1,2센서를 동등하게 가열하기 위한 가열수단을 구비하며,

상기 제1,2센서의 저항 값의 차이에 의해 발생된 전위차를 이용하여 가스의 흐름방향 및 속도를 검출하고, 상기 속도를 이용하여 가스의 유량을 계산하는 검출회로부를 포함한 열식 질량 유속 측정 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.
제4항에 있어서,

상기 검출부는

제1배관에서 흐르는 가스의 양이 설정부에 설정된 가스기기가 작동되는 최소 설정치 미만으로 감지되면, 이를 가스누출로 간주하고 중간밸브 차단부로 하여금 중간밸브를 차단하도록 하는 감지신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.
제5항에 있어서,

상기 검출부는 사용자에 의해 중간밸브의 개방을 위해 전원을 공급한 직후부터 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.
제4항에 있어서,

상기 검출부는 중간밸브의 개방 직전에 전원을 공급하여 가열수단을 동작시키고 제1,2센서를 가열시켜 얻은 전위차의 기준 값을 기준으로, 이후 중간밸브 개방과 가스기기 사용으로 인한 제1,2센서의 저항 값 변화에 따라 가스의 흐름방향 및 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.
제4항에 있어서,

상기 가스공급 자동차단 장치에는 예열시간 단축을 통한 사용상의 편리성을 위해 적정전압보다 낮은 상태로 사전에 전원이 공급되게 함으로써 최대한 짧은 예열 시간 내에서의 검출부가 기준 값 설정을 가능하도록 하는 정전압공급장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.
제4항에 있어서,

상기 가스기기에는 사용자가 가스기기로 접근하면 이에 따른 감지신호를 검출부로 전달하여 전원을 검출부에 미리 공급하도록 하고, 사용자가 접근한 후에 일정 시간 동안 중간밸브를 개방하지 않으면 자동으로 검출부의 전원을 차단하도록 제어하는 동작감지센서를 더 포함한 것을 특징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.
제4항에 있어서,

상기 검출부는 가스기기의 사용 중 가스의 흐름 방향이 감지되지 않고 유속이 측정되지 않으면, 가스기기의 사용이 완료된 것으로 인지하고 중간밸브 차단부를 제어하여 중간밸브를 차단시키는 것을 특징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.
제4항에 있어서,

상기 검출부에 있는 가열수단으로의 과전압 및 과전류의 공급을 막기 위해 퓨즈와 같은 전원차단수단 및 정전압/정전류를 공급하는 장치를 더 포함한 것을 특 징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.
제4항에 있어서,

상기 검출부는 흐르는 가스의 방향성은 있으나 유속 및 양이 일정한 범위 내에서 변하지 않고, 설정 시간 이상 사용 중일 경우, 경보수단을 이용하여 경보음을 발생하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.
제12항에 있어서,

상기 검출부는 경보음 발생 후 일정 시간이 경과되면 중간밸브 차단부로 자동으로 중간밸브를 차단하도록 감지신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.
제13항에 있어서,

상기 검출부는 경보수단에서 경보음이 발생한 후 일정시간 내에 가스의 유속 및 유량변경이 있으면, 경보음을 차단하고 이전의 상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는 가스공급 자동차단 장치.