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KR101606057B1 - 에너지 표시 가정용 가스미터 및 가스량 측정방법 - Google Patents

에너지 표시 가정용 가스미터 및 가스량 측정방법 Download PDF

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KR101606057B1
KR101606057B1 KR1020140108736A KR20140108736A KR101606057B1 KR 101606057 B1 KR101606057 B1 KR 101606057B1 KR 1020140108736 A KR1020140108736 A KR 1020140108736A KR 20140108736 A KR20140108736 A KR 20140108736A KR 101606057 B1 KR101606057 B1 KR 101606057B1
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Abstract

본 발명은 가정용 가스미터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 사용되는 가스의 정압비열 데이터베이스을 이용하여 질량유량을 측정하고, 그에 따라 측정된 질량유량 및 엔탈피데이터를 이용하여 사용한 가스량을 에너지로 환산할 수 있는 에너지 표시 가정용 가스미터 및 가스량 측정방법에 관한 것이다.
본 발명은 측정하고자 가스의 종류, 가스의 온도(T), 압력(P) 등이 측정되어 입력되는 과정(1과정),
입력된 상기한 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 맞는 정압비열(Cp)이 정압비열 데이터베이스에서 선택되어 입력되는 과정(2과정),
열막측정센서에서 가스의 유입온도(T1)와 유출온도(T2)를 측정하여 산정한 온도차(ΔT) 및 열막측정센서의 열막에 가해진 열량(W)이 입력되는 과정(3과정),
질량유량을 연산하는 공식에 상기에서 입력된 정압비열, 온도차, 열량을 대입하고 연산하여 질량유량을 측정하는 과정(4과정)을 포함하여 구성된 가정용 가스미터의 가스량 측정 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 질량유량을 측정하는 과정을 수행하고 난 후 에너지량을 측정하는 과정을 수행하되(5과정),
입력된 상기의 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 따라 엔탈피 데이터베이스에서 엔탈피(H)가 선택되어 입력되는 과정(5-1과정)
상기에서 입력된 엔탈피(H)와 상기에서 연산된 질량유량(Qm)을 에너지 산정 공식에 대입하여 에너지량을 산정하는 과정(5-2)이 부가된 가정용 가스미터의 가스량 측정 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 측정관(30), 열막식질량센서(100), 온도측정센서(200), 압력측정센서(300), 종합처리장치(400)를 포함한 에너지 표시 가정용 가스미터를 제공한다.
또한 본 발명은 가스유입관(10), 가스유출관(20), 디스플레이부(500), 케이싱부(1000)를 더포함한 것을 특징으로 하는 에너지 표시 가정용 가스미터를 제공한다.

Description

에너지 표시 가정용 가스미터 및 가스량 측정방법{energy displayed gas meter for familly use and the using gas measuring method}
본 발명은 가정용 가스미터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 사용되는 가스의 정압비열 데이터베이스을 이용하여 질량유량을 측정하고, 그에 따라 측정된 질량유량 및 엔탈피데이터를 이용하여 사용한 가스량을 에너지로 환산할 수 있는 에너지 표시 가정용 가스미터 및 가스량 측정방법에 관한 것이다.
도 1에서 보는 것과 같은 기존의 가스미터를 사용하는 종래의 가스미터 측정방법은 사용자가 가스 검침량(m3)을 기록하면 검침원이 검침값을 공급자에게 전달해 주고, 사용자에게 공급된 도시가스의 온압보정계수를 지역의 모든 세대에게 일괄적으로 적용하여 보정된 사용량(m3)을 도출한다.
즉, 아래와 같이 체적당 단위열량 (MJ/m3)값을 사용량과 곱하여 사용열량(MJ)을 산출하고 계약종류에 따라 가스의 적용단가(원/MJ)를 곱하여 요금을 부과하게 된다.
요금 = 적용단가×[단위열량×(검침량×온압보정계수)]
그런데, 가스의 실제 사용량은 열량, 즉 에너지 유량이지만, 종래의 요금부과 기준은 체적유량값에 온압보정계수를 적용하여 이를 다시 에너지로 환산하는 복잡한 연산과정을 거치게 되는데, 온도와 압력은 밀도의 함수로서 외부에서 태양복사열 또는 배기열 등의 기준보다 높은 온도의 유입이 발생되면 체적팽창이 발생하고, 또한 배관 손실로 인해 압력감소는 밀도 감소를 초래하기 때문에 채적은 팽창하지만 질량유량은 오히려 감소하는 현상이 발생되어 가스미터의 설치 방향과 위치에 따라 질량유량이 정확히 측정되지 않는 문제점이 발생하고 그에 따라 부과요금의 형평성을 잃게 되는 문제점이 발생하고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 가정용 가스미터는 체적유량을 에너지량으로 환산하여 요금을 부과하는데, 가스미터의 설치위치, 방향, 높이 등에 따라 밀도 값이 달라지는데도 불구하고 현재 요금부과는 온압보정계수를 일괄적용하여 사용자의 환경에 정확히 일치되지 않아 공급자와 사용자간의 분쟁의 윈인이 되고 있어서 이를 해소할 기술을 제공한 것으로서 정확한 가스량 측정이 가능한 가정용 가스 미터 및 가스량 측정방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여,
측정하고자 가스의 종류, 가스의 온도(T), 압력(P) 등이 측정되어 입력되는 과정(1과정),
입력된 상기한 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 맞는 정압비열(Cp)이 정압비열 데이터베이스에서 선택되어 입력되는 과정(2과정),
열막측정센서에서 가스의 유입온도(T1)와 유출온도(T2)를 측정하여 산정한 온도차(ΔT) 및 열막측정센서의 열막에 가해진 열량(W)이 입력되는 과정(3과정),
질량유량을 연산하는 공식에 상기에서 입력된 정압비열, 온도차, 열량을 대입하고 연산하여 질량유량을 측정하는 과정(4과정)을 포함하여 구성된 가정용 가스미터의 가스량 측정 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 질량유량을 측정하는 과정을 수행하고 난 후 에너지량을 측정하는 과정을 수행하되(5과정),
입력된 상기의 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 따라 엔탈피 데이터베이스에서 엔탈피(H)가 선택되어 입력되는 과정(5-1과정)
상기에서 입력된 엔탈피(H)와 상기에서 연산된 질량유량(Qm)을 에너지 산정 공식에 대입하여 에너지량을 산정하는 과정(5-2)이 부가된 가정용 가스미터의 가스량 측정 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 측정관(30), 열막식질량센서(100), 온도측정센서(200), 압력측정센서(300), 종합처리장치(400)를 포함한 에너지 표시 가정용 가스미터를 제공한다.
또한 본 발명은 가스유입관(10), 가스유출관(20), 디스플레이부(500), 케이싱부(1000)를 더포함한 것을 특징으로 하는 에너지 표시 가정용 가스미터를 제공한다.
본 발명에 따른 에너지 표시 가정용 가스미터 및 가스량 측정방법은 종래의 다이어프램식 또는 터빈식 가정용 가스미터가 가스미터의 설치위치, 방향, 높이 등에 따라 밀도 값의 변경 및 온도와 압력에 따른 오차가 발생하는 것에 반하여 이러한 오차의 발생을 현저히 줄이는 효과가 나타난다.
즉, 종래의 터빈식 및 다이어프램식 가스미터가 에너지 유량 정확도의 오차가 ±3%인데 반하여 본 발명은 ±1% 정도로 떨어지며, 압력손실도 종래의 터빈식 및 다이어프램식 가스미터는 약 2.0~5.0%가 되는데 반하여 본 발명은 약 0.5%밖에 되지 않은 현저한 효과가 나타나게 된다.
또한 본 발명에 따른 에너지 표시 가정용 가스미터 및 가스량 측정방법은 종래의 터빈식 및 다이어프램식 가스미터가 검침량(부피 유량, m3)을 구한 후, 검침량에 온압보정계수를 곱하여 실사용량( m3 )을 산정하고, 실사용량에 단위열량을 곱하여 사용열량을 계산한후, 사용열량에 열량단가를 곱하여 요금을 부과하는 것에 비하여 현저히 간편한 방법으로 요금을 부과할 수 있으며 또한 측정도도 매우 높은 효과가 나타난다.
도 1은 종래의 다이어프램식 또는 터빈식 가정용 가스미터.
도 1b는 본 발명의 실시예로 측정하고자 하는 가스(메탄)의 정압비열 데이터베이스(매트릭스).
도 1c는 본 발명의 실시예로 측정하고자 하는 가스(메탄)의 엔탈피 데이터베이스(매트릭스).
도 2는 본 발명에 따른 에너지 표시 가정용 가스미터.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 표시 가정용 가스미터의 측정관 세부 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 열막식질량센서의 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 종합처리장치의 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 에너지 표시 가스량 측정방법 흐름도.
이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하고자 한다.
종래의 가정용 가스미터가 체적유량을 에너지량으로 환산하여 요금을 부과하는데, 이는 가스미터의 설치위치, 방향, 높이 등에 따라 밀도값이 달라지는데도 불구하고 현재의 요금부과는 온압보정계수를 일괄적용하여 사용자의 환경에 정확히 매칭되지 않아 문제가 있었는데 본 발명은 이를 해결한 정확한 가스사용량 측정을 해결하는 가스미터 및 가스량 측정 방법을 제공한다.
도 1에서 보는 것처럼 종래의 가정용 가스미터는 다이아프램식 또는 터빈식 등의 기계식 방법에 의하여 가스의 체적을 구하게 됨에 따라 정확도가 매우 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 열막식 질량 센서(hot film mass sensor)를 이용하여 가스의 질량을 구하고, 그에 따라 사용한 에너지를 구하여 요금을 부과할 수 있는 에너지 표시 가정용 가스미터 및 가스량 측정방법을 제공한다.
본 발명은 측정관(30), 열막식질량센서(100), 온도측정센서(200), 압력측정센서(300), 종합처리장치(400)를 포함한 에너지 표시 가정용 가스미터를 제공한다.
또한 본 발명은 가스유입관(10), 가스유출관(20), 측정관(30), 열막식질량센서(100), 온도측정센서(200), 압력측정센서(300), 종합처리장치(400), 디스플레이부(500), 케이싱부(1000)를 포함한 에너지 표시 가정용 가스미터를 제공한다.
본 발명의 상기한 측정관(30)은 관형태로 이루어져 있고, 상기한 가스유입관(10) 및 가스유출관(20)과 연결되어 있으며 측정관을 통하여 유통하는 가스를 측정하게 해주는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 디스플레이부(500)는 통상의 모니터, 액정 등으로 구성되어 있으며, 상기한 종합처리장치에서 제공하는 가스 유량(질량유량), 에너지사용량, 검침량 또는 사용열량 등을 표시하는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 케이싱부(1000)는 상기한 구성들을 모두 내부에 포함하여 포섭하고 전체의 외관을 형성하는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 가스유입관(10)은 측정관으로 가스를 유입시키는 기능을 수행하고, 가스유출관(20)은 측정관에서 가스를 유출시키는 기능을 수행한다.
본 발명은 상기한 측정관(30)에 열막식질량센서(100)가 장착되어 있어 질량 유량을 측정할 수 있다.
본 발명의 열막식질량센서(100)는 통상적으로 사용하는 열막식질량센서를 사용할 수 있다.
도 4는 열막식질량센서의 개념도로서 도 4에서 보는 바와 같이 열막식질량센서(100)는 하우징(101), 열막측정센서(110), 측정채널(120), 전자모듈(130), 정보전송수단(140)을 포함하여 구성되어 있다.
따라서 측정관(30)에 가스가 유입되고 그에 따라 측정관에 장착된 열막식질량센서(100)의 측정채널(120)로 가스가 유입되고 열막측정센서(110)에 의하여 온도의 차이를 측정하게 된다.
상기한 열막측정센서(110)는 히터 등과 같은 측정되는 가스에 열을 전달하는 수단 및 가스의 유입온도(T1)를 측정하는 센서, 가열된 가스의 유출온도(T2)를 측정하는 센서 등이 구비되어 있어 열막에 가해진 열량(W) 및 온도차(ΔT)를 구할 수 있도록 해 준다.
상기한 전자모듈(130)은 상기한 열막측정센서에서 제공하는 열량, 가스유입온도(T1), 가스유출온도(T2) 등을 취합하여 가해진 열량(W) 및 온도차(ΔT)를 측정하는 기능을 수행한다.
따라서 상기한 전자모듈은 통상의 MCU(micro controller unit) 또는 CPU(central processing unit) 등이 구비되고, 메모리 등이 구비되며, 응용프로그램이 탑재될 수 있다.
상기한 정보전송수단(140)은 열막측정센서(110) 및 전자모듈(130)에서 취득한 가스유입온도(T1), 가스유출온도(T2), 온도차(ΔT), 가해진 열량(W) 등을 상기한 종합처리장치(400)에 전송하는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
본 발명의 기술적 특징은 상기한 열막측정센서(110)에서 취득한 정보인 가스유입온도(T1), 가스유출온도(T2), 온도차(ΔT), 가해진 열량(W)을 이용하여 종합처리장치(400)에서 질량유량을 구할 수 있는 점이다.
(여기서 ΔT = T2-T1)
즉, 기체의 질량유량은 아래의 (식 1)로 나타낼 수 있다.
질량유량(Qm)=[(열량(W)/(정압비열(Cp)×온도차(ΔT))]-----(식 1)
상기한 식 1에서 가스미터에 유입되는 정압비열(Cp)을 구하면 질량유량은 용이하게 연산하여 구해지게 된다.
그러나 일반적으로 기체인 가스는 온도(T)와 압력(P)에 따라서 정압비열(Cp)이 변하게 된다.
따라서 특정한 기체 즉, LPG, LNG(메탄) 등에 대한 정압비율을 일률적인 상수로 대입하게 되면 정확한 질량유량을 측정할 수 없게 된다.
특히, 실제기체나 혼합가스의 경우처럼 압축성유체이고 기체의 온도와 압력이 변할 경우 정압비열이 일정하지 않기 때문에 정확한 질량유량을 측정하는 것은 매우 어려운 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결한 것으로 본 발명은 특정한 가스에 대한 정압비율(Cp)을 온도(T)와 압력(P)이 변화해도 정확하고 쉽게 찾아서 대입하게 함으로써 정확한 질량유량을 측정할 수 있게 한 점이 기술적 특징이다.
본 발명은 상기한 측정관(30)에 온도측정센서(200)를 장착하여 유입되는 가스의 온도(T)를 측정하여 상기한 종합처리장치(400)에 전송한다.
상기한 온도측정센서(200)는 가스의 온도를 측정할 수 있는 통상의 온도측정센서를 의미한다.
따라서 온도측정센서(200)는 상기한 열막측정센서(110)에 탑재된 가스의 유입온도(T1)를 측정하는 센서를 이용할 수도 있다.
이와 같이 열막측정센서에서 유입되는 가스의 온도는 측정관(30)으로 유입되는 가스의 온도로 보아도 무방하기 때문이다.
또한 온도측정센서는 상기한 열막측정센서에 부착되어 있거나 별도로 측정관에 장착되어도 무방하다.
본 발명은 상기한 측정관(30)에 압력측정센서(300)가 장착되어 측정관에 유입되는 가스의 압력(P)을 측정하여 상기한 종합처리장치(400)에 전송한다.
상기한 압력측정센서(300)는 통상의 기체의 압력을 측정할 수 있는 장치 또는 수단을 의미한다.
또한 압력측정센서는 상기한 열막측정센서에 부착되어 있거나 별도로 측정관에 장착되어도 무방하다.
본 발명의 기술적 특징은 상기한 온도측정센서에서 전송된 온도(T) 및 압력측정센서에서 제공된 압력(P)을 이용하여 가스의 정압비열(Cp)을 바로 구하여 질량유량을 측정할 수 있는 점이다.
이와 같이 본 발명의 기술적 특징은 사용자가 미리 특정한 기체의 온도와 압력에 대한 정압비열을 매트릭스 형식의 데이터 베이스를 미리 구축하고, 그 측정하고자 하는 특정 기체에 대한 특정한 온도와 압력에 대한 정압비열을 이 데이테베이스에서 용이하게 선택하여 입력하거나 또는 이 데이터베이스를 이용하여 쉽게 계산되어(연산되어) 입력됨으로써 복잡한 연산이 필요 없는 가스미터 및 가스량 측정 방법을 제공한다는 점이다.
도 1b에서 보는 바와 같이 실험적으로 구하거나 이론적으로 구한 특정한 가스(메탄)의 온도와 압력에 따른 정압비열(Cp)을 데이터베이스로 구축하는 과정을 수행한다.
따라서 본 발명의 종합처리장치(400)는 다양한 기체(가스)의 종류에 대한 특정 온도와 특정 압력에 대한 정압비열을 매트리스 형식으로 구축한 정압비열 데이터베이스(420)가 포함되어 구성되어 있다.
본 발명은 상기한 종합처리장치에는 정보처리장치(410)가 포함되어 구성되어 있다.
이와 같은 정보처리장치(410)는 MCU, CPU 등의 중앙처리장치, 메모리, 정보송신수단, 정보송신수단 등을 구비하고 응용프로그램이 탑재되어 있는 장치 또는 수단을 의미한다.
따라서 본 발명은 앞서 설명한 장치 또는 수단을 통하여 아래와 같은 가스량 측정방법(질량유량) 및 이에 따른 에너지사용량 산정방법을 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 상기한 측정관에 유입되는 측정하고자 하는 특정한 가스(메탄 등)의 온도(T), 압력(P) 등이 측정되어 종합처리장치에 전송되어 입력되는 과정이 수행된다.
그리고 상기한 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 맞는 정압비열(Cp)이 정압비열 데이터베이스에서 선택되어 입력되는 과정이 수행된다.
본 발명의 기술적 특징은 상기한 정압비열 데이터베이스에서 어떤 특정의 온도와 압력에 일치하는 정압비열이 없는 경우, 그 특정의 온도와 압력에 근접하는 온도와 압력을 찾아서 내삽법 등을 이용하여 그 특정의 온도와 압력에 대응되는 정압비열을 구하는 과정을 수행할 수 있다.
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 발명에서 상기한 입력상수 데이테베이스를 이용하여 내삽법을 적용한 예를 다음과 같이 설명한다.
도 1b에서 온도 301(K)이고 압력이 400(kpa)인 경우 정압비열(Cp)에 대한 값을 선택할 수 없게 된다.
따라서 이 경우에는 상기한 바와 같이 통상적으로 사용하는 내삽법을 이용할 수 있다.
즉 온도 301(K)는 299.5(K)과 301.5(K)사이에 있으며 압력 400(kpa)는 압력 378(kpa)과 압력 460(kpa)사이에 있으므로 간단히 내삽법을 통하여 그 값을 계산할 수 있다.
그 하나의 예로 먼저 299.5(K)와 378(kpa) 및 460(kpa)에 해당하는 정압비열 Cp1, Cp2 값을 선택하여 다음 식에 대입하면 301(kpa)일 때의 Cp3값을 다음과 같은 식으로 간단히 계산할 수 있다.
Cp3=Cp1+{(Cp2-Cp1)/(460-378)}*(400-378)
마찬가지로 301.5(k)와 378(kpa) 및 460(kpa)에 해당하는 정압비열 Cp4 및 Cp5값을 선택하여 상기의 식에 대입하게 되면,
Cp6=Cp4+{(Cp5-Cp4)/(460-378)}*(400-378)이 되고,
400(kpa)일 때의 Cp6값을 구할 수 있게 된다.
그리고 상기한 Cp3 및 Cp6 값을 이용하여 300(k) 및 400(kpa)일 때의 정압비열 Cp7값을 구할 수 있는데, 상기한 공식을 이용하여 간단히 구할 수 있다.
즉, Cp7=Cp3+{(Cp6-Cp3)/(301.5-299.5)}*(300-299.5)로 정압비열 Cp7값을 구할 수 있다.
상기한 내삽법에 의한 방법으로 정압비열 데이터 베이스에 존재하지 않은 정압비열을 간단히 구할 수 있게 된다.
따라서 본 발명은 내삽법 뿐만 아니라 외삽법을 사용할 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 이와 같은 내삽법 또는 외삽법을 사용하여 정압비열을 구하는 방법은 상기한 내삽법 또는 외삽법의 계산 공식을 연산 프로그램화한 것을 이용하여 구현할 수 있다.
또한 상기한 열막측정센서(110)에서 가스의 유입온도(T1)와 유출온도(T2)를 측정하여 측정한 온도차(ΔT) 및 열막에 가해진 열량(W)이 입력되는 과정이 수행된다.
상기한 종합처리장치의 정보처리장치(410)에서 하기의 질량유량을 연산하는 공식(식 1)에 상기에서 선택되어 입력된 정압비열, 온도차, 열량을 대입하여 연산하여 질량유량을 측정하는 과정이 수행된다.
질량유량(Qm)=[(열량(W)/(정압비열(Cp)×온도차(ΔT))]-----(식 1)
본 발명은 상기한 질량유량을 측정하는 과정에 있어, 측정대상 가스의 종류 및 가스량 측정기기 등에 따른 오차를 보정하기 위하여 이론적 또는 실험적으로 구한 수정상수(k)를 미리 설정하여 입력되는 과정이 선행되어 수행될 수 있다.
따라서 상기한 수정상수(k)는 가스의 종류, 가스량 측정기기의 종류에 따라 다르게 설정될 수 있다.
수정상수가 포함된 질량유량은 아래와 같이,
질량유량(Qm)= k×[(열량(W)/(정압비열(Cp)×온도차(ΔT))]-----(식 1-1)
과 같이 나타낼 수 있으며, 이와 같은 질량유량 측정하는 공식에 대입하여 연산하면 더욱더 정확한 질량유량이 측정되게 된다.
상기한 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 2)
여기서, E는 에너지(kJ/s)
Qm은 상기한 질량유량(kg/s)
H는 엔탈피(kJ/kg)이다.
따라서 E의 단위는 kJ/s가 된다.
따라서 본 발명은 상기한 측정하고자 하는 특정한 기체의 온도(T) 및 압력(P)에 따른 엔탈피(H)를 미리 구하여 종합처리장치(400)에 엔탈피 데이터베이스(430)를 구축한다.
도 1c에서 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(430)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 상기의 정압비열을 구하는 과정과 동일하게 수행된다.
본 발명은 상기에서 선택된 엔탈피(H)를 정보처리장치(410)에 전송하고, 정보처리장치는 상기한 에너지 공식(식 2)에 엔탈피 및 상기에서 연산된 질량유량(Qm)을 대입하여 에너지량을 산정하는 과정을 수행한다.
즉, 에너지 공식, E= Qm×H(식 2)에 대입하여 연산하는 과정을 수행한다.
본 발명은 상기한 과정에서 산정된 에너지량을 디스플레이부(500)에 전송하여 과정으로 통하여 검침량(MJ)으로 표시하는 과정을 수행하게 된다.
즉, 상기한 검침량(MJ)은 사용열량(MJ)에 해당한다.
또한 본 발명은 상기한 사용열량을 이용하여 요금을 산정하는 과정을 수행하여 디스플레이부에 표시하는 과정을 수행할 수 있다.
가스량 사용 요금은 다음과 같은 공식에 의하여 쉽게 연산되어 간편하게 요금을 부과하게 된다.
[요금(원) = 사용열량(MJ)×열량단가(원/MJ) ---(식3)]
상기한 과정이나 연산 또는 산정 과정은 종합처리장치의 정보처리장치에 탑재된 응용프로그램에 의하여 구현할 수 있다.
본 발명은 상기한 종합처리장치에 상기한 가스량, 검침량, 사용열량, 요금 등을 전송할 수 있는 유선 또는 무선의 통신수단(440)을 구비할 수 있다.
이와 같은 유선 또는 무선의 통신수단을 통하여 검침원의 휴대용 통신기 또는 가스 공사의 검침관리부에 상기한 가스량, 검침량, 사용열량, 요금 등의 정보를 송신할 수 있게 된다.
상기한 검침원의 휴대용 통신기는 통상의 컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 일반 휴대폰, PDA, 별도의 통신기능을 가지는 계측기 또는 제어 기기 등의 휴대용통신기를 포함하는 개념이다.
특히 본 발명은 상기한 휴대용 통신기 중 아이폰, 핸드폰, 스마트폰, PDA 등과 같이 항상 사용자가 휴대할 수 있는 형태의 상시 휴대용 통신기를 사용하는 것이 매우 바람직하다.
또한 가스 공사의 검침관리부는 통상의 사용된 가스량, 검침량, 사용열량, 요금 등을 산정하는 기기 또는 장치가 구성되어 있는 것을 의미한다.
상기한 유선의 통신수단은 유선 케이블을 연결할 수 있는 케이블연결수단이 장착되어 있어 이 케이블연결수단에 케이블을 연결하여 다른 장치로 상기한 정보를 송신할 수 있게 된다.
따라서 이러한 케이블 연결수단은 USB단자, RS485, RS232C, 광케이블단자, 일반의 전선 케이블 단자 등을 채용할 수 있다.
본 발명에서 상기한 무선의 통신수단으로는 Bluetooth, Zigbee 모듈 등과 같은 근거리 정보통신수단을 포함한다.
본 발명의 근거리 정보통신수단은 상기와 같은 Bluetooth 모듈 또는 Zigbee 모듈 뿐만 아니라 4G, LTE, UWB, WiFi, WCDMA, USN, IrDA 모듈 등을 포함하며 기타 근거리에서 정보를 송신 또는 수신할 수 있는 기능을 가진 장치 또는 수단은 모두 포함된다 할 것이다.
본 발명의 상기한 구성으로 종래의 터빈식 및 다이어프램식 가스미터가 검침량(부피 유량, m3)을 구한 후, 검침량에 온압보정계수를 곱하여 실사용량( m3 )을 산정하고, 실사용량에 단위열량을 곱하여 사용열량을 계산한후, 사용열량에 열량단가를 곱하여 요금을 부과하는 것에 비하여 현저히 간편하며 또한 측정도도 매우 높은 특징을 갖게 된다.
즉, 종래의 터빈식 및 다이어프램식 가스미터가 에너지유량 정확도의 오차가 ±3%인데 반하여 본 발명은 ±1% 정도로 떨어지며, 압력손실도 종래의 터빈식 및 다이어프램식 가스미터는 약 2.0~5.0%가 되는데 반하여 본 발명은 약 0.5%밖에 되지 않은 현저한 효과가 나타나게 된다.
본 발명은 상기한 구성으로 이루어진 에너지 표시 가정용 가스미터 및 가스량 측정방법을 제공한다.
본 발명은 기체의 사용량을 측정하는 장치, 방법 등을 연구, 생산, 사용, 판매하는 산업에 매우 유용한 발명이다.
특히 본 발명은 에너지 표시를 할 수 있는 가정용 가스미터 및 가스량 측정방법 등을 연구, 생산, 사용, 판매하는 산업에 매우 유용한 발명이다.
가스유입관(10), 가스유출관(20),
측정관(30),
열막식질량센서(100), 하우징(101), 열막측정센서(110), 측정채널(120), 전자모듈(130), 정보전송수단(140),
온도측정센서(200), 압력측정센서(300),
종합처리장치(400), 정보처리장치(410), 정압비열 데이터베이스(420), 엔탈피 데이터베이스(430), 유선 또는 무선의 통신수단(440)
디스플레이부(500),
케이싱부(1000),

Claims (4)

  1. 측정하고자 하는 가스의 종류, 가스의 온도(T), 압력(P) 등이 측정되어 입력되는 과정(1과정),
    입력된 상기한 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 맞는 정압비열(Cp)이 정압비열 데이터베이스에서 선택되어 입력되는 과정(2과정),
    열막측정센서에서 가스의 유입온도(T1)와 유출온도(T2)를 측정하여 산정한 온도차(ΔT) 및 열막측정센서의 열막에 가해진 열량(W)이 입력되는 과정(3과정),
    질량유량을 연산하는 공식에 상기에서 입력된 정압비열, 온도차, 열량을 대입하고 연산하여 질량유량을 측정하는 과정(4과정)을 포함하고,
    상기 질량유량을 측정하는 과정을 수행하고 난 후 에너지량을 측정하는 과정을 수행하되(5과정),
    입력된 상기의 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 따라 엔탈피 데이터베이스에서 엔탈피(H)가 선택되어 입력되는 과정(5-1과정),
    상기에서 입력된 엔탈피(H)와 상기에서 연산된 질량유량(Qm)을 아래의 에너지(E) 산정 공식에 대입하여 에너지량을 산정하는 과정(5-2)이 부가된 것을 특징으로 하여 에너지 표시가 되는 가정용 가스미터의 가스량 측정 방법.
    [에너지 산정 공식, E= Qm×H]
  2. 제1항에 있어서,
    상기한 열막측정센서에서 취득한 정보인 가스유입온도(T1), 가스유출온도(T2), 온도차(ΔT), 가해진 열량(W)을 이용하여 질량유량을 구하는 과정은 아래의 공식에 대입하는 과정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 에너지 표시가 되는 가정용 가스미터의 가스량 측정 방법.
    [질량유량(Qm)=[(열량(W)/(정압비열(Cp)×온도차(ΔT)),
    여기서 ΔT = T2-T1]
  3. 측정관(30), 열막식질량센서(100), 온도측정센서(200), 압력측정센서(300), 종합처리장치(400)를 포함하되,
    상기한 종합처리장치(400)는 정보처리장치(410)가 포함되어 구성되어 있고,
    상기한 종합처리장치(400)는 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 맞는 정압비열(Cp)이 매트리스 형식으로 구축한 정압비열 데이터베이스(420)가 포함되어 구성되어 있고,
    상기한 종합처리장치(400)는 측정하고자 하는 가스의 종류, 가스의 온도(T), 압력(P) 등이 측정되어 입력되는 과정(1과정),
    입력된 상기한 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 맞는 정압비열(Cp)이 정압비열 데이터베이스에서 선택되어 입력되는 과정(2과정),
    열막측정센서에서 가스의 유입온도(T1)와 유출온도(T2)를 측정하여 산정한 온도차(ΔT) 및 열막측정센서의 열막에 가해진 열량(W)이 입력되는 과정(3과정),
    질량유량을 연산하는 공식에 상기에서 입력된 정압비열, 온도차, 열량을 대입하고 연산하여 질량유량을 측정하는 과정(4과정)을 포함하고,
    상기 질량유량을 측정하는 과정을 수행하고 난 후 에너지량을 측정하는 과정을 수행하되(5과정),
    입력된 상기의 가스의 종류, 온도(T), 압력(P)에 따라 엔탈피 데이터베이스에서 엔탈피(H)가 선택되어 입력되는 과정(5-1과정)
    상기에서 입력된 엔탈피(H)와 상기에서 연산된 질량유량(Qm)을 아래의 에너지(E) 산정 공식에 대입하여 에너지량을 산정하는 과정(5-2)을 수행하여 에너지를 표시하는 것을 특징으로 하는 에너지 표시가 되는 가정용 가스미터.
  4. 제3항에 있어서,
    가스유입관(10), 가스유출관(20), 디스플레이부(500), 케이싱부(1000)를 더포함한 것을 특징으로 하는 에너지 표시가 되는 가정용 가스미터.
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