KR101057860B1 - 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치 - Google Patents

자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기변형기술(Magnetostrictive technology)을 이용하여 탱크에 저장된 유류의 저장량이나 누출 등을 측정하되, 이의 측정 시 이용되는 자기변형 와이어의 재질을 개선하여 매우 정밀한 측정이 가능하도록 한 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치에 관한 것으로, 상기 자기변형 와이어는, 철(Fe) 54~55.5중량%, 니켈(Ni) 43.82~45.32중량%, 크롬(Cr) 0.25중량%, 망간(Mn) 0.19중량%, 코발트(Co) 0.13중량%, 규소(Si) 0.06중량%, 알루미늄(Al) 0.02중량%, 인(P) 0.014중량%, 탄소(C) 0.011중량%, 황(S) 0.005중량%를 혼합하여 된 합금으로 구성된다.

Description

자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치{Device for measuring amount of stock and leakage in storage tank using magnetostrictive technology}
본 발명은 유류를 저장하는 탱크의 저장량 및 누출 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기변형기술(Magnetostrictive technology)을 이용하여 탱크에 저장된 유류의 저장량이나 누출 등을 측정하되, 이의 측정 시 이용되는 자기변형 와이어의 재질을 개선하여 매우 정밀한 측정이 가능하도록 함은 물론 생산 단가가 저렴한 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치에 관한 것이다.
주지한 바와 같은 자기변형기술(Magnetostrictive technology)을 이용한 탱크에 저장된 유류의 저장량이나 누출 등을 검출하는 방식은, 저장액의 수위 측정시 자성체에서 발생되는 자계장과, 자기변형 와이어(재료)에서 발생되는 펄스신호를 이용하여 유류나 기타 저장물의 수위를 검출하고, 이 수위 데이터를 기준으로 저장량과 유류 누출액 등을 산출하게 된다.
여기서 유류 누출은 매우 중요하다. 아주 미세하게 저장탱크로부터 누출되는 유류은 감지되지도 않을 뿐 더러 서서히 주변 토양을 오염시키고 있는 환경오염의 주범으로 자리 잡고 있기 때문이다.
이와 같이 상기 자기변형기술을 이용한 측정방식은, 용량이 큰 저장탱크 내에 저장된 방대한 내용물에 대하여 그 미미하게 변동하는 수위를 매우 정밀하게 측정하기 위한 기술이다.
따라서 상기한 자기변형 와이어에서 발생되는 민감한 펄스는 수위측정에 지대한 영향을 끼치게 됨으로 이의 구성성분(재료)이 매우 중요한 역할을 하게 된다.
현재 국내에서는 이러한 자기변형 와이어를 외국에서 그대로 수입하여 사용하는 것이 대부분인데 매우 고가이다. 또한 국내에서 생산되는 제품은 그 성능이 매우 떨어지는 문제점을 가지고 있었다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자기변형기술(Magnetostrictive technology)을 이용하여 탱크에 저장된 유류의 저장량이나 누출 등을 측정하되, 이의 측정 시 이용되는 자기변형 와이어의 재질을 개선하여 매우 정밀한 측정이 가능함은 물론 생산 단가가 저렴한 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치를 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명은 자기변형 와이어의 재질 개선으로 정확한 누출량을 감지할 수 있어, 토양오염으로 이어지는 환경 훼손을 방지할 수 있는 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치를 제공하는 것에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 저장탱크와, 상기 저장탱크 내에 저장된 유류 및 수분의 수위와 저장탱크 내부의 온도를 검출하는 측정부와, 상기 측정부의 외주면에 설치되어 유류의 수위 및 수분의 수위를 검출하며 자성체가 각각 내장된 제1플로우트 및 제2플로우트와, 상기 측정부의 내부에 삽입 장착되는 것으로, 황동관과, 상기 황동관 내부에 겹치도록 구성되는 절연관과, 상기 절연관 내부에 일정간격으로 설치된 제2스페이서의 정중앙을 관통하도록 설치되는 자기변형 와이어를 포함하는 펄스발생부와, 상기 측정부로부터 전송받은 유류 및 수분의 수위데이터와 각 수위별 온도 데이터를 이용하여,유류의 저장량과 수분의 저장량, 유류의 누출량을 측정하는 제어수단을 포함하는 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치에 있어서, 상기 자기변형 와이어는, 철(Fe) 54~55.5중량%, 니켈(Ni) 43.82~45.32중량%, 크롬(Cr) 0.25중량%, 망간(Mn) 0.19중량%, 코발트(Co) 0.13중량%, 규소(Si) 0.06중량%, 알루미늄(Al) 0.02중량%, 인(P) 0.014중량%, 탄소(C) 0.011중량%, 황(S) 0.005중량%를 혼합하여 된 합금인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명은, 자기변형기술을 이용하여 탱크에 저장된 유류의 저장량이나 누출 등을 측정하되, 이의 측정 시 이용되는 자기변형 와이어의 재질을 개선하여 매우 정밀한 측정이 가능함으로써, 저장탱크로부터의 유류 누출 시 정확한 누출량을 감지할 수 있어, 토양오염으로 이어지는 환경 훼손을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명에 따른 자기변형 와이어는 생산 단가가 저렴하여, 수입대체 효과를 가져와 국익에 도움을 주는 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명이 적용되는 측정부의 확대 단면도,
도 3은 본 발명이 적용되는 측정부의 부분 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치의 전체 구성도이다.
도시된 바와 같이, 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치는, 지상 또는 지표면(10) 아래의 지하에 설치되는 저장탱크(20)와, 상기 저장탱크(20) 내에 저장된 유류(21) 및 수분(22)의 수위와 저장탱크 내부의 온도를 검출하는 측정부(30)를 포함한다.
또한 상기 저장탱크(20)에는 유류(21)가 저장되는 데, 상기 유류(21)는 가솔린, 경유, 등유나 화학적 용재류가 될 수 있으며, 이때 상기 저장탱크(20)의 내부에는 수분(22)이 더 존재하게 된다.
상기 수분(22)은 저장탱크(20) 내부에서 자연 환경적 요인으로 발생되는 생성물로, 유류(21) 보다 비중이 높기 때문에 탱크(20) 저면에 위치하게 된다.
또한 상기 측정부(30)는 후술하겠지만 봉 형태로 구성되고, 그 외주면에 유류(21)의 수위를 검출하는 제1플로우트(51)와, 수분(22)의 수위를 검출하는 제2플로우트(52)가 상하 유동되도록 설치된다.
또한 상기 저장탱크(20)의 일측 상부에는 상부공간부(23)가 형성되고, 이 상부공간부(23)에는 상기 측정부(30)의 상단과 연결되는 PCB박스(25)가 스페이서(26)를 통해 수직도관(24) 내부에 안착되며, 상기 PCB박스(25)로부터 인출되는 통신데이터 케이블(28)이 수직도관(24)의 밀봉캡(27)을 거치고, 방수관(29)을 통해 지상의 제어수단(60)으로 연결되도록 구성된다.
여기서, 도 2 및 도 3을 참조하여 상기 측정부(30)의 구성을 보다 상세히 알아본다.
상기 측정부(30)는 일정 직경을 가지는 금속관(31)과, 상기 금속관(31) 내부에 복수개의 제1스페이서(32)를 통해 장착되는 펄스발생부(40)와, 상기 금속관(31)의 저면을 밀봉 처리하는 밀봉 부트(33)를 포함한다.
또한 상기 금속관(31)의 상단은 PCB박스(25) 내부의 PCB(25a)와 연결되어 내부적으로는 데이터 측정용 케이블이 서로 연결되게 된다.
또한 상기 금속관(31)의 외부에는 제1플로우트(51) 및 제2플로우트(52)가 구성되며, 상기 제1플로우트(51) 및 제2플로우트(52)는 각각 그 내부에 자성체(51a)(52a)가 내장되어 있다.
한편, 상기 펄스발생부(40)는 상기 금속관(31)의 내부에 삽입 장착되는 것으로, 황동관(41)과, 상기 황동관(41) 내부에 겹치도록 구성되는 절연관(42)과, 상기 절연관(42) 내부에 일정간격으로 설치된 제2스페이서(44)의 정중앙을 관통하도록 설치되는 자기변형 와이어(43)와, 상기 황동관(41)의 외부에 일정간격을 두고 복수개 설치되어 주변온도를 검출하는 써미스터(45)와, 상기 황동관(41)의 저면에 자기변형 와이어(43)를 고정하며 밀봉 설치되는 고정부(46)와, 상기 고정부(46)의 내부에 상기 자기변형 와이어(43)가 일정한 텐션을 유지하도록 스프링 형상으로 구성되는 탄성부(43`)를 포함한다.
이와 같이 구성되는 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치는, 저장탱크(20)에 저장된 유류(21) 및 수분(22)의 수위, 수위별 레벨(0.1MM), 용량(0.1리터), 온도(0.01도씨), 밀도(0.001), 누출량(0.1리터/시간당) 등을 측정 및 산출하고 모니터링 하여 준다.
이를 상세히 살펴보면, 우선, 제1플로우트(51)는 유류(21)의 수위를 검출하고, 제2플로우트(52)는 수분(22)의 수위를 검출한다.
상기 자기변형 와이어(43)에는 상시 일정 전류가 흐르고 있어 그 주변에는 일정한 전자기장이 형성된 상태를 유지하고 있게 된다.
또한 상기 제1플로우트(51) 및 제2플로우트(52)의 내부에는 자성체(51a)(52a)가 내장되어, 상기 제1플로우트(51) 및 제2플로우트(52)가 위치하는 자기변형 와이어(43) 부분에서는 자성체(51a)(52a)에 의한 자계장과 전자기장의 충돌로 변형된 펄스가 발생되고, 이 펄스는 자기변형 와이어(43)를 통해 양방향으로 음속으로 퍼져나가, PCB(25a)로 전송되어 진다.
상기 PCB(25a)는 이때 검출된 펄스(반사파 포함)의 속도를 측정하여 자성체(51a)(52a)가 위치한 거리를 산출함으로써, 저장탱크(20) 내부의 유류(21)의 수위와 수분(22)의 수위를 산출할 수 있게 된다.
또한, 상기 펄스발생부(40)의 황동관(41) 외부에 복수개(예: 5개)로 설치된 써미스터(45)는 수위별로 온도를 검출하는 센서로, 각 수위에서 검출되는 온도데이터를 상기 PCB(25a)로 전송하여 준다.
한편, 상기 PCB(25a)는 상기 측정부(30) 및 펄스발생부(40)를 통해 검출된 유류 및 수분의 수위데이터와 각 수위별 온도 데이터를 신호 처리하여 통신 데이터케이블(28)을 통해 지상의 제어수단(60)으로 전송한다.
상기 제어수단(60)은 상기 PCB(25a)로부터 전송받은 유류 및 수분의 수위데이터와 각 수위별 온도 데이터를 이용하여, 이미 설정된 프로그램에 의거, 다음과 같은 데이터를 산출하게 된다.
상기 유류(21) 및 수분(22)의 수위데이터를 이용하여, 유류의 저장량과 수분의 저장량을 측정한다.
그리고 수위에 따라 검출된 온도값을 이용하여 유류나 수분의 온도보정 용량을 검출하게 된다. 이는 용액의 종류에 따라 팽창계수가 다르기 때문에 정확한 수위를 검출하기 위하여 사용되는 것이다. 참고적으로 저장 탱크 내부는 수위(높이)에 따라 온도차가 발생한다.
즉 복수개의 수위에서 온도를 검출, 이를 평균한 후 유류나 수분의 밀도를 계산하여 보정함으로써, 정확한 유류 및 수분의 수위를 검출하기 위함이다.
따라서 상기 제어수단(60)은 이러한 값을 검출하여, 현재 유류(21)의 레벨 및 용량, 수분(22)의 레벨 및 용량, 그리고 유류의 누출량, 온도 등을 표시하여 주고, 유류의 누출이 검지되면 이를 경보하여 주게 된다.
따라서 유류의 누출에 따른 토양 오염 등을 방지하여 주게 된다.
이와 같은 구성과 작용을 가지는 본 발명 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치에 있어서,
상기 자기변형 와이어(43)는 매우 중요한 구성요소로, 유류(21) 및 수분(22)의 수위를 검출하는 제1플로우트(51)와 제2플로우트(52)에 의해 변형 펄스를 발생하므로, 이의 발생이 매우 정밀하여야 한다.
통상, 상기 자기변형 와이어(43)는 철(Fe)과 니켈(Ni)을 주성분으로 하는 합금으로 제조한다고 알려져 있다.
본 발명은 상기 자기변형 와이어(43)의 재질을 개량하여 구성함으로써, 수위감지 정확도가 더 향상되도록 한 것이다.
본 발명에 따른 상기 자기변형 와이어(43)는, 철(Fe) 54~55.5중량%, 니켈(Ni) 43.82~45.32중량%, 크롬(Cr) 0.25중량%, 망간(Mn) 0.19중량%, 코발트(Co) 0.13중량%, 규소(Si) 0.06중량%, 알루미늄(Al) 0.02중량%, 인(P) 0.014중량%, 탄소(C) 0.011중량%, 황(S) 0.005중량%를 혼합하여 된 합금으로 구성한다.
이하 실시 예에 의거 본 발명을 설명한다.
<실시예>
본 발명 자기변형 와이어(43)의 실시 예에 따르자면,
상기 자기변형 와이어(43)는 철(Fe) 54.7중량%, 니켈(Ni) 44.62중량%, 크롬(Cr) 0.25중량%, 망간(Mn) 0.19중량%, 코발트(Co) 0.13중량%, 규소(Si) 0.06중량%, 알루미늄(Al) 0.02중량%, 인(P) 0.014중량%, 탄소(C) 0.011중량%, 황(S) 0.005중량%를 혼합하여 된 합금으로 구성한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 저장탱크 내부에 저장된 유류의 수위를 정확하게 감지하게 되어, 그 누출량을 보다 정확하게 산출할 수 있는 장점을 제공하는 것으로 확인 되었다.
<실험예>
상기 실시 예에 의해 자기변형 와이어를 제작하고, 일정량의 유류가 저장된 직경 3.00m, 길이 7.00m의 저장탱크 내부에 장착한 후, 외국회사의 제품(A사: 자기변형 와이어 채용)과 비교하여, 아래의 <표 1>와 같은 시험을 수행하였다.
이 시험은 한국산업기술시험원에서 수행되었으며 그 결과인 <표 1>는 한국산업기술시험원에서 평가된 것이다.
시험횟수 임의 누출량(L/H) 본 발명 누출감지량(L/H) A사
누출감지량(L/H)
1 0 0.261 0.817
2 0.863 1.238 1.946
3 0.42 0.374 0.695
4 0 0.64 0.655
5 0.288 0.426 0.505
6 0.26 0.326 0.499
7 0 0.583 0.78
8 0.868 0.829 0.992
9 0.765 0.655 0.844
10 0.2765 0.217 0.246
11 0.514 0.444 0.48
12 0.415 0.356 0.507
상기 <표 1>의 결과로 알 수 있는 바와 같이, 12번의 횟수로, 저장탱크의 유류를 고의로 누출(임의 누출량)시키고, 이때 누출량을 측정하는 실험을 수행한바, 본 발명 실시 예에 따라 제조된 자기변형 와이어는 A사의 누출감지량 보다 실제 누출량에 근접하게 더 정확한 누출량을 감지 및 측정하는 것으로 확인 되었다.
따라서 본 발명의 경우, 정확한 누출감지로 토양이 오염되는 현상을 미연에 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
뿐만 아니라 본 발명 자기변형 와이어는 제조 단가가 저렴하여, 수입대체 효과를 제공한다.
20: 저장탱크 21: 유류
22: 수분 25: PCB박스
25a: PCB 30: 측정부
31: 금속관 32: 제1스페이서
33: 밀봉 부트 40: 펄스발생부
41: 황동관 42: 절연관
43: 자기변형 와이어 44: 제2스페이서
45: 써미스터 43`: 탄성부
46: 고정부 51: 제1플로우트
52: 제2플로우트 51a,52a: 자성체
60: 제어수단

Claims (1)

  1. 저장탱크와, 상기 저장탱크 내에 저장된 유류 및 수분의 수위와 저장탱크 내부의 온도를 검출하는 측정부와, 상기 측정부의 외주면에 설치되어 유류의 수위 및 수분의 수위를 검출하며 자성체가 각각 내장된 제1플로우트 및 제2플로우트와, 상기 측정부의 내부에 삽입 장착되는 것으로, 황동관과, 상기 황동관 내부에 겹치도록 구성되는 절연관과, 상기 절연관 내부에 일정간격으로 설치된 제2스페이서의 정중앙을 관통하도록 설치되는 자기변형 와이어를 포함하는 펄스발생부와, 상기 측정부로부터 전송받은 유류 및 수분의 수위데이터와 각 수위별 온도 데이터를 이용하여,유류의 저장량과 수분의 저장량, 유류의 누출량을 측정하는 제어수단을 포함하는 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치에 있어서,
    상기 자기변형 와이어는, 철(Fe) 54~55.5중량%, 니켈(Ni) 43.82~45.32중량%, 크롬(Cr) 0.25중량%, 망간(Mn) 0.19중량%, 코발트(Co) 0.13중량%, 규소(Si) 0.06중량%, 알루미늄(Al) 0.02중량%, 인(P) 0.014중량%, 탄소(C) 0.011중량%, 황(S) 0.005중량%를 혼합하여 된 합금인 것을 특징으로 하는 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치.
KR1020110013585A 2011-02-16 2011-02-16 자기변형기술을 이용한 저장탱크의 저장량 및 누출 측정 장치 KR101057860B1 (ko)

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