JP2021527803A

JP2021527803A - 配管損傷検出装置、これを用いた配管損傷検出システム、及びこれを用いた配管損傷検出方法

Info

Publication number: JP2021527803A
Application number: JP2020566680A
Authority: JP
Inventors: 秉昌鄭; 商赫李; 瞋佑朴; 侖浩申; 碩俊文; 永▲吉▼ 許
Original assignee: Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Current assignee: Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2039-05-30
Also published as: JP7139458B2; CN112204367A; WO2019231251A1; CN112204367B

Abstract

配管損傷検出装置、これを用いた配管損傷検出システム、及びこれを用いた配管損傷検出方法で、前記配管損傷検出装置はバンドユニット及びセンサユニットを含む。前記バンドユニットは配管に向ける方向に溝部が形成される少なくとも１つのバンド部を含み、リング（ring）形状に配管に脱着可能に結合される。前記センサユニットは前記溝部に位置し、前記配管から印加される圧力を測定する圧力センサ、前記圧力センサと前記配管の外面との間に介される補助ブロック、及び前記圧力センサと前記バンド部との間に介されて前記圧力センサの面積より狭い面積を形成するボタン部を含む。

Description

本発明は配管損傷検出装置、これを用いた配管損傷検出システム、及びこれを用いた配管損傷検出方法に関し、より詳しくは、配管に固定されて配管の損傷有無及び損傷位置を速かに検出することができ、これを通じて配管で発生する事故に対する拡散遮断及び復旧を速かに遂行するようにする配管損傷検出装置、これを用いた配管損傷検出システム、及びこれを用いた配管損傷検出方法に関する。

一般に、配管は流体及びガスの運搬手段であって、ほとんど全ての産業施設や一般生活で非常に重要な役割を担当している。

このような配管は使用年数が増加するにつれてクラック（crack）などの配管内部壁面の損傷または外部荷重による損傷が発生することがあり、このような配管の損傷に従う流体及びガスの損傷は深刻な経済的及び人的損失を誘発することがあるので、配管の損傷有無を感知する必要がある。

このような配管損傷の有無を監視する技術と関連して、従来には第１０−２１０９−０００３１９５号、第１０−１８３６０８５号のように、配管の内部に流動圧力センサ、流量センサ、または配管の外部に付着した音響センサ、振動センサなどを設置して、前記センサの感知値が予め設定された基準値を超える場合、配管が損傷されていると判断する方法が開示されている。

しかしながら、配管損傷時、迅速な対応のためには損傷有無と同時に損傷位置を正確に感知する必要があり、そのためには多様な位置に多いセンサを付着する必要がある。既存の流動圧力センサと流量センサの場合、配管穿孔が必要であるので、配管系内の多様な位置に設置することに困難性があり、音響センサと振動センサは高価の分析装備を使用しても損傷位置の正確な探知が容易でなく、外部衝撃信号に影響を受けるなどの短所がある。

一方、従来の場合、与えられた配管系で配管損傷の有無を監視するためのセンサを設置する位置は、作業者や設計者の経験に基づいて任意に配置することが一般的であり、これによって、互いに異なるように設計される配管系毎に損傷の有無を適切に把握できないなどの問題があった。

関連先行技術文献には、大韓民国公開特許第１０−２１０９−０００３１９５号及び大韓民国登録特許第１０−１８３６０８５号がある。

技術的課題

ここに、本発明の技術的課題はこのような点から着眼されたものであって、本発明の目的は、配管に固定されて配管の損傷有無及び損傷位置を速かに検出することができ、これを通じて配管漏れ事故の拡散遮断及び復旧を速かに遂行するようにする配管損傷検出装置に関するものである。

また、本発明の他の目的は、前記配管損傷検出装置を用いた配管損傷検出システムに関するものである。

また、本発明の更に他の目的は、前記配管損傷検出装置を用いて、最適のセンサ配置を通じて与えられた配管系での配管損傷時、これをより正確で、効果的に検出することができる配管損傷検出方法に関するものである。

課題解決手段

前記した本発明の目的を実現するための一実施形態に従う配管損傷検出装置は、バンドユニット及びセンサユニットを含む。前記バンドユニットは配管に向ける方向に溝部が形成される少なくとも１つのバンド部を含み、リング（ring）形状に配管に脱着可能に結合される。前記センサユニットは前記溝部に位置し、前記配管から印加される圧力を測定する圧力センサ、前記圧力センサと前記配管の外面との間に介される補助ブロック、及び前記圧力センサと前記バンド部との間に介されて前記圧力センサの面積より狭い面積を形成するボタン部を含む。

一実施形態で、前記配管からの圧力が印加されることによって、前記圧力センサは前記ボタン部と重畳する面積で前記印加される圧力を測定することができる。

一実施形態で、前記ボタン部は、前記バンド部の溝部から前記圧力センサに向けて突出して形成できる。

一実施形態で、前記バンド部には、前記溝部と離隔し前記バンド部を貫通するようにホール部が形成できる。

一実施形態で、前記ホール部には、前記配管に向ける方向に前記配管の温度を測定する温度センサが固定できる。

一実施形態で、２つ以上のバンド部を互いに結合する締結手段をさらに含み、前記締結手段は、前記バンド部の互いに対向する一端部に結合できる。

一実施形態で、前記バンド部の一端部に形成される貫通孔を貫通して、前記バンド部を前記配管に固定させる固定部材をさらに含むことができる。

前記した本発明の他の目的を実現するための一実施形態に従う配管損傷検出システムは、配管損傷検出装置、制御部、及び伝送部を含む。前記配管損傷検出装置はリング（ring）形状に配管に脱着可能に結合されるバンドユニット、及び前記バンドユニットに備えられて前記配管の圧力を測定する圧力センサ及び前記配管の温度を測定する温度センサを含む。前記制御部は前記温度センサの測定結果に基づいて前記圧力センサの測定結果を補償し、前記補償された圧力センサの測定結果に基づいて前記配管の損傷情報を収集する。前記伝送部は、前記制御部で収集された前記配管の損傷情報を外部に伝送する。

一実施形態で、前記バンドユニットは、前記配管に向ける方向に溝部が形成される少なくとも１つのバンド部を含み、前記圧力センサは前記溝部に位置することができる。

一実施形態で、前記バンド部には、前記溝部と離隔し前記バンド部を貫通するようにホール部が形成され、前記温度センサは前記ホール部に位置することができる。

前記した本発明の更に他の目的を実現するための一実施形態に従う配管損傷検出方法で、圧力センサの個数及び位置組合せに対し、損傷シナリオ別圧力分布に対するデータベースを構築する。前記データベースから、与えられた配管系で最適の圧力センサの個数及び位置情報を提供する。前記配管系で損傷が発生する場合、各圧力センサで検出される圧力情報を獲得する。前記データベースから前記圧力情報に基づいて、前記損傷が発生した位置を検出する。

一実施形態で、前記データベースを構築するステップは、前記圧力センサの個数及び位置を設定するステップ、前記配管系で発生可能な全ての損傷シナリオを定義するステップ、各損傷シナリオ別圧力分布をシミュレーションするステップ、前記シミュレーションされた圧力分布が、各損傷シナリオ別に区画可能か否かを判断するステップ、及び前記圧力分布の区画が可能な場合、前記圧力分布を区画する関数を導出するステップを含むことができる。

一実施形態で、前記データベースを構築するステップは、前記圧力分布の区画が曖昧な場合、最適の設計アルゴリズムを適用して、前記圧力センサの個数及び位置を変更するステップ、及び前記変更された圧力センサの個数及び位置に対して前記圧力分布をまたシミュレーションして、前記圧力センサの個数及び位置を最適化するステップをさらに含むことができる。

一実施形態で、前記最適設計アルゴリズムは、前記配管系で、前記圧力センサの最適個数及び位置を探索する遺伝子アルゴリズム（genetic algorithm）でありうる。

一実施形態で、前記損傷が発生した位置を検出するステップで、前記圧力センサで検出された圧力が、前記関数により区画される圧力分布のうち、どの圧力分布に該当するかに基づいて前記損傷が発生した位置を検出することができる。
［発明の効果］

本発明の実施形態によれば、配管損傷検出装置は少なくとも１つ以上の互いに連結されるバンド部を含んでリング（ring）形態に配管の外面に脱付着可能であるので、配管に容易に固定できることは勿論、メインテナンスが必要な場合、配管から容易に分離でき、かつ配管の圧力を測定して、配管の損傷有無を検出することができる。

また、配管の外面が曲面であることを考慮して、補助ブロックを通じて圧力センサが平面上に位置してより均一な圧力を測定することができる。

特に、圧力センサの面積より狭い面積のボタン部が備えられて、ボタン部と圧力センサが互いに接触する部分での圧力センサの測定値で配管の圧力を測定するので、前記補助ブロックが配管の円周方向に沿って厚さが異なるので、相対的に広い面積の圧力センサで測定される圧力の値が互いに変わる誤差が最小化できるので、より正確な圧力測定及びこれを通じてのより正確な配管損傷の検出が可能でありうる。

この場合、前記ボタン部は別途のユニットに製作されることの他に、バンド部から突出してバンド部と一体形成できるので、製作の容易性及び組立ての便宜性を向上させることができる。

一方、配管の温度を考慮して前記圧力センサで測定される圧力を補償することによって、配管の内部を通過する流体の温度、または配管が位置する空間の温度などによって配管の膨脹程度が変化して圧力センサで測定される圧力が配管の損傷に関わらず変化する状態を補償することができ、これを通じて実際の配管の損傷状態での圧力増加のみを選別できるので、配管損傷の有無をより正確に検出することができる。

この場合、温度センサはバンド部に形成されるホール部の内部に配管に向けて位置するので、配管の膨脹による損傷などの影響を最小化しながらも配管の温度をより効果的に測定することができる。

また、配管損傷検出方法において、与えられた配管系での圧力センサの位置及び個数が設定された状態で、配管系で損傷が発生した場合、圧力センサで測定される圧力情報に基づいて損傷の位置を即刻正確に検出できるので、従来の配管損傷検出方法で配管損傷が認知された時、管理者が手動で直接位置を検出しなければならない煩わしさを解決することができる。

特に、前記データベースを通じて、各損傷シナリオ別に圧力分布を区画する関数が導出されるので、圧力センサで検出された圧力が前記区画される圧力分布のうち、どこに該当するかの可否のみ判断することで、損傷発生位置を検出することができるので、損傷発生位置を自動で検出できるので、検出の容易性が向上する。

一方、前記データベースの構築において、圧力センサの位置及び個数のみを変化させ、圧力分布が損傷シナリオ別に区画できるように誘導することで、配管損傷検出において効果的なデータベース構築方法であり、実際の損傷発生位置の検出において活用性が非常に高いということができる。

本発明の一実施形態による配管損傷検出装置を図示した斜視図である。図１の配管損傷検出装置のバンドユニットが開放された状態を図示した斜視図である。図１の溝部にセンサユニットが位置する状態を図示した断面図である。図１の配管損傷検出装置がパイプに固定される状態を図示した正面図である。本発明の他の実施形態による配管損傷検出装置を図示した正面図である。本発明の更に他の実施形態による配管損傷検出システムを図示した模式図である。図７ａは図６の配管損傷検出システムにおける温度センサの測定値の変化を図示したグラフであり、図７ｂは前記温度センサの測定値に基づいて圧力センサの測定値を補償した結果を図示したグラフである。本発明の更に他の実施形態による配管損傷検出方法を図示したフローチャートである。図８のデータベースを構築するステップを図示したフローチャートである。図８の配管損傷検出方法を用いて２つの圧力センサが配置された状態で、損傷が発生した場合を図示した模式図である。図９のデータベース構築ステップで全ての損傷シナリオに対して圧力分布を区画した関数の例を図示したグラフである。

＊符号の説明
１０、１１、１２：配管損傷検出装置２０：配管損傷検出システム
１００、１０１、１０２：バンドユニット１１０：第１バンド部
２１０：第２バンド部１１１、２１１：一端部３００：中空部３０１：配管
３５０：配管系４００：締結手段
４１０：連結部材４２０：ねじ締結部材
５００：溝部５１０：ホール部
５２０：温度センサ６００、６０１：センサユニット
６１０：補助ブロック６２０：圧力センサ
６３０、６３１：ボタン部

発明の実施のための形態

本発明は多様な変更を加えることができ、さまざまな形態を有することができるところ、実施形態を本文に詳細に説明しようとする。しかしながら、これは本発明を特定の開示形態に対して限定しようするものでなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものとして理解されるべきである。各図面を説明しながら類似の参照符号を類似の構成要素に対して使用した。第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明することに使用できるが、前記構成要素は前記用語により限定されてはならない。

前記用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみに使われる。本出願で使用した用語は単に特定の実施形態を説明するために使われたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味を有しない限り、複数の表現を含む。

本出願において、“含む”または“なされる”などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部分品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、１つまたはその以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部分品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものとして理解されるべきである。

異なるように定義されない限り、技術的または科学的な用語を含めて、ここで使われる全ての用語は本発明が属する技数分野で通常の知識を有する者により一般的に理解できるものと同一の意味を有している。一般的に使われる辞典に定義されているような用語は、関連技数の文脈上の意味と一致する意味を有するものとして解析されなければならず、本出願で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味として解析されない。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による配管損傷検出装置を図示した斜視図である。図２は、図１の配管損傷検出装置のバンドユニットが開放された状態を図示した斜視図である。図３は、図１の溝部にセンサユニットが位置する状態を図示した断面図である。図４は、図１の配管損傷検出装置がパイプに固定される状態を図示した正面図である。

図１乃至図４を参照すると、本実施形態による配管損傷検出装置１０は内部に流体が流れる配管３０１の外面に固定または脱着され、前記配管３０１の損傷有無を検出する装置である。

即ち、前記配管３０１が損傷されて、前記配管３０１の内部を流れる流体が外部に漏洩されれば、相対的に前記配管３０１の圧力は減少するようになる。ここに、前記配管損傷検出装置１０は前記配管３０１の圧力の減少程度をセンシングすることによって前記配管３０１が損傷されて流体が漏洩されるか否かを検出することができる。

より具体的に、前記配管損傷検出装置１０は、バンドユニット１００、センサユニット６００、締結手段４００、及び固定部材８１０、８２０を含む。

前記バンドユニット１００は、前記配管３０１の外部を覆いかぶせる構造体に該当し、図面では、前記バンドユニット１００が２つの互いに分離されるバンド部、即ち第１バンド部１１０及び第２バンド部２１０を含むものを例示した。

しかしながら、前記バンドユニット１００は、リング（ring）形状を有する１つのバンド部のみを含むことができ、図示したように互いに連結されてリング形状を有する２つのバンド部を含むこともでき、延いては、互いに連結されてリング形状を有する３個以上のバンド部を含むこともできる。

この場合、１つのバンド部のみ含む場合であれば、前記バンド部の一部が互いに分離されながら前記締結手段４００が形成されて、前記バンド部が前記配管３０１から分離できるように設計され、３個以上のバンド部を含む場合であれば、前記締結手段４００は２つ以上が形成されて、各々のバンド部を互いに連結するようになり、この場合、前記締結手段４００の連結関係は以下に説明する締結手段の連結関係を拡張すれば充分である。

以下、説明の便宜上、前記バンドユニット１００が第１及び第２バンド部１１０、１２０を含むことを説明する。

前記第１及び第２バンド部１１０、２１０は、図示したように湾曲した円弧形状に形成され、各々の一端部１１１、２１１が互いに所定距離離隔して対向するように位置した状態で各々の一端部１１１、２１１のうち、いずれか１つの一端部は前記締結手段４００が固定されて、前記第１及び第２バンド部１１０、２１０を互いに連結する。

この場合、前記第１及び第２バンド部１１０、２１０は前記締結手段４００を通じて互いに連結される場合、内部に中空部３００が形成され、全体的にリング（ring）形状を形成することができる。

したがって、前記第１及び第２バンド部１１０、２１０は前記中空部３００を通じて漏洩検出有無の対象となる配管３０１の外周縁に固定されて前記配管の漏洩有無を判断することができ、前述したように、各々が湾曲した形状に形成されることによって、前記配管３０１の表面に一層密着できる。

一方、前記配管漏洩検出装置１０は前記配管３０１に結合された状態でメインテナンスなどの理由により前記配管３０１から脱着が必要な場合には、図２に図示したように前記第１及び第２バンド部１１０、２１０の各々が前記締結手段４００に対して回転することによって前記配管３０１から脱着できる。

前記締結手段４００は前述したように、前記第１及び第２バンド部１１０、２１０の各々の一端部１１１、２１１を互いに連結させ、連結部材４１０及びねじ締結部材４２０を含む。

この場合、前記締結手段４００は図示したように一対に形成されて前記第１及び第２バンド部１１０、２１０の前面及び後面に対向するように位置して、前記第１バンド部１１０及び前記第２バンド部２１０を互いに固定させることによって固定力をより向上させることができる。

前記連結部材４１０は、前記第１及び第２バンド部１１０、２１０の各々の一端部１１１、２１１に結合され、前記第１及び第２バンド部１１０、２１０の各々の一端部１１１、２１１の間に延びて前記第１及び第２バンド部１１０、２１０の各々の一端部１１１、２１１を互いに連結させる。

この場合、前記連結部材４１０は前記第１及び第２バンド部１１０、２１０の外面の曲率と同一の曲率で形成されて、全体的に前記配管損傷検出装置１０が占める空間を最小化することができる。

前記ねじ締結部材４２０は、前記連結部材４１０を前記第１及び第２バンド部１１０、２１０の各々の一端部１１１、２１１に結合させる役割をする。即ち、前記ねじ締結部材４２０は前記連結部材４１０に形成された貫通ホール（図示せず）と前記第１及び第２バンド部１１０、２１０の各々の一端部１１１、２１１に前記貫通ホールと対向するように形成された締結孔（図示せず）に貫通挿入されて前記連結部材４１０を前記第１及び第２バンド部１１０、２１０に結合させることができる。

一方、図２に図示したように、前記第１バンド部１１０の一端部１１１には第１貫通孔１３０及び第３貫通孔１４０が形成され、前記第２バンド部２１０の一端部２１１には第２貫通孔２３０及び第４貫通孔２４０が形成される。

したがって、図４を参照すると、第１固定部材８１０が前記第１及び第２貫通孔１３０、２３０を貫通して前記第１及び第２バンド部１１０、２１０を互いに固定させることができ、第２固定部材８２０が前記第３及び第４貫通孔１４０、２４０を貫通して前記第１及び第２バンド部１１０、２１０を互いに固定させることができる。

延いては、前記第１及び第２固定部材８１０、８２０は前記第１及び第２バンド部１１０、２１０の間が互いに所定間隔でギャップ（gap）を形成するように前記第１バンド部１１０及び前記第２バンド部２１０を互いに固定させることができる。

即ち、前記配管漏洩検出装置１０は配管３０１の直径によって前記ギャップの間隔調整が可能であり、ギャップの間隔を調整した後、前記第１及び第２固定部材８１０、８２０を用いて前記第１及び第２バンド部１１０、２１０を配管に固定させることができるので、より多様な直径を有する配管に適用できる。

一方、前記第１バンド部１１０の内周面には所定深さを形成する凹な溝部５００が形成できる。前記溝部５００は前記第１バンド部１１０の内周面に収容空間を形成して前記センサユニット６００が前記収容空間に位置するようにする。

したがって、前述したように、前記第１及び第２バンド部１１０、２１０が全体的にリング形状を形成して配管に固定される場合、前記センサユニット６００が前記配管３０１の損傷有無を感知することができる。

この場合、前記センサユニット６００が前記溝部５００に位置した状態で前記配管３０１に接触して前記配管の損傷による漏洩有無が感知できるように、前記溝部５００の深さは前記センサユニット６００の形状、サイズ、構造などを考慮して形成することが好ましい。

より具体的に、図３に図示したように、前記センサユニット６００は、補助ブロック６１０、圧力センサ６２０、及びボタン部６３０を含む。

前記補助ブロック６１０は、全体的に平たいブロック（block）の形状を有し、下面は所定の曲率を有する面を形成し、対面は平面を形成する。

この場合、前記補助ブロック６１０の下面が形成する曲率は、前記配管３０１の外面と実質的に同一でありうる。したがって、前記補助ブロック６１０の下面は前記配管３０１の外面に沿って接触するようになる。

したがって、前記センサユニット６００が前記配管３０１の外面に固定される場合、前記配管３０１との間に間隔が形成されないようになって、前記配管３０１から提供される圧力は漏洩無しで前記センサユニット６００に提供できる。

前記圧力センサ６２０は、前記補助ブロック６１０の上面、即ち平らな平面上に位置し、前記配管３０１から印加される圧力を測定する。

前記圧力センサ６２０はＦＳＲ（force sensitive resistor）センサであって、薄い厚さを有するシート（sheet）形状のセンサでありうる。これによって、前記圧力センサ６２０は前記補助ブロック６１０の平面である上面上に位置することによって、全体的に均一に位置することができる。

前記ボタン部６３０は、前記圧力センサ６２０と前記第１バンド部１１０の内面、即ち前記溝部５００を形成する上面の間に介され、前記圧力センサ６２０と一部領域で重畳するように位置する。即ち、前記ボタン部６３０の面積は、前記圧力センサ６２０の面積より小さく形成される。

前記配管３０１から発生する圧力は、前記補助ブロック６１０を通じて前記圧力センサ６２０に提供されるが、前記補助ブロック６１０は、下面は所定の曲率を形成するので、前記圧力センサ６２０に直接提供される圧力の場合、全体的に均一でないことがある。

これによって、本実施形態では、前記圧力センサ６２０の面積より小さい面積のボタン部６３０を配置することによって、前記配管３０１から発生する圧力が前記ボタン部６３０を通じて前記圧力センサ６２０に提供され、この場合、前記ボタン部６３０と前記圧力センサ６２０が重畳する領域は相対的に少ないので、前記ボタン部６３０を通じて前記圧力センサ６２０に提供される圧力はより均一で、これによって前記圧力センサ６２０の測定圧力信号はより均一で、正確でありうる。

一方、前記配管３０１内で損傷により漏洩が発生する場合、前記圧力センサ６２０で測定される圧力信号は変化するようになり、漏洩により流体の量が減少しながら前記測定圧力値は減ることがある。これによって、ユーザは前記測定される圧力値に基づいて前記配管３０１の損傷有無が判断できるようになる。

延いては、本実施形態では、１つの前記溝部５００が前記第１バンド部１１０に形成されるものとして図示したが、前記溝部５００は前記第２バンド部２１０に形成されることもでき、複数個が前記第１バンド部１１０または前記第２バンド部２１０に形成できる。

このように、前記溝部５００が複数個に形成される場合、各々の溝部５００に前記センサユニット６００が位置するようになって、配管損傷有無の正確度を向上させることができる。

図５は、本発明の他の実施形態による配管損傷検出装置を図示した正面図である。

本実施形態での前記配管損傷検出装置１１は、センサユニット６０１の構造を除いては、図１乃至図４を参照して説明した前記配管損傷検出装置１０と実質的に同一であるので、同一の構成要素に対しては同一の参照番号を使用し、重複する説明は省略する。

図５を参照すると、本実施形態による前記配管損傷検出装置１１では、前記センサユニット６０１は、補助ブロック６１０、圧力センサ６２０、及びボタン部６３１を含み、かつ前記ボタン部６３１は第１バンド部１１０から溝部に向けて突出することを特徴とする。

即ち、前記補助ブロック６１０及び前記圧力センサ６２０は図３を参照して説明したことと同一であるが、前記ボタン部６３１は別途の部材で製作されて前記圧力センサ６２０と前記第１バンド部１１０の内面、即ち前記溝部５００を形成する上面の間に介されず、前記第１バンド部１１０の内面から直接突出して形成される。

この場合、前記ボタン部６３１のサイズ、位置、及び前記圧力センサ６２０との重畳程度は、前記説明したボタン部６３０と同一であり、これに従う前記圧力センサ６２０の圧力測定メカニズムも同一である。

但し、以上のように、前記ボタン部６３１が前記第１バンド部１１０の内面から直接突出して形成されるので、前記ボタン部６３１を前記第１バンド部１１０と一体形成できるので、製作が容易であり、前記溝部５００に前記補助ブロック６１０及び前記圧力センサ６２０のみ介在させれば充分であるので、前記センサユニット６０１の組立も容易でありうる。

延いては、前記ボタン部６３１は、前述したように、前記第１バンド部１１０に複数個が形成されることもでき、第２バンド部２１０に形成されることもできる。

図６は、本発明の更に他の実施形態による配管損傷検出システムを図示した模式図である。

まず、図６を参照すると、本実施形態による配管損傷検出システム２０は、配管損傷検出装置１２、制御部９００、及び伝送部９５０を含む。

前記配管損傷検出装置１２は、第２バンド部２１０にホール部５１０が形成されることを除いては、図１乃至図４を参照して説明した前記配管損傷検出装置１０と実質的に同一であるので、同一の構成要素に対しては同一の参照番号を使用し、重複する説明は省略する。

即ち、本実施形態で、前記配管損傷検出装置１２では、前記第１バンド部１１０上に溝部５００が形成されて、前記溝部５００に前記センサユニット６００が位置することの他に、前記第２バンド部１２０上にホール部５１０が形成されて、前記ホール部５１０に温度センサ５２０が追加で位置する。

一般に、配管３０１の内部には所定温度の流体が流れるようになるが、前記配管３０１は熱伝導度の高い材料で形成されることが一般的であり、同様に、前記配管損傷検出装置１２やはり熱伝導度の高い材料で形成されることが一般的である。

これによって、前記配管３０１の内部を流れる流体の温度が変化することによって、前記配管３０１は膨脹または収縮することができ、このように前記配管３０１が膨脹または収縮するようになれば、実質的に前記配管３０１の損傷が発生しない状況でも、前記圧力センサ６２０で測定される圧力が増加または減少するようになって、検出結果の誤りが発生することがある。延いては、このような前記配管３０１の膨脹または収縮は内部を流れる流体の温度の他にも、前記配管３０１が位置する環境などによっても発生できる。

したがって、実際の配管損傷の有無を正確に検出するためには、このような配管の温度変化の程度を考慮して、前記検出される圧力信号に対する補正または補償を遂行しなければならない。

ここに、本実施形態では、前記第２バンド部２１０にホール部５１０を形成し、前記ホール部５１０上に温度センサ５２０を位置させる。

この場合、前記温度センサ５２０は前記配管３０１の温度をより正確に測定しなければならないので、前記ホール部５１０のうち、前記配管３０１に向ける面、即ち図６では前記ホール部５１０の上面に位置することができる。

これを通じて、前記配管３０１の温度を測定して、前記検出される圧力信号に対する補正または補償を遂行することができる。

但し、本実施形態では、前記ホール部５１０が前記第２バンド部２１０に形成されることを図示したが、前記ホール部５１０は前記第１バンド部１１０に形成されることもでき、単に、前記溝部５００とは離隔するように形成できる。延いては、前記バンドユニット１０２を構成するバンド部の個数などによって多様な位置に形成できることは自明である。

延いては、前記温度センサ５２０は異質物などの影響を最小化するために、伝導率の低い材質でコーティングされて前記ホール部５１０に位置することができる。

前記制御部９００は、前記温度センサ５２０及び前記圧力センサ６２０から前記配管３０１の温度及び圧力に関する情報の提供を受けて、前記圧力センサ６２０の測定結果を前記温度センサ５２０の測定結果に基づいて補償して、前記配管３０１の損傷に関する情報を収集し、損傷の発生を判断する。

この場合、前記制御部９００では、前記圧力センサ６２０の測定結果の補償のために、試験的に獲得した温度変化に従う圧力センサ６２０の変化敏感度データを活用することができる。

即ち、現在温度の測定結果に基づいて、圧力に対する補償値または補正値を設定し、前記圧力センサの測定結果に前記補償値または補正値を適用して、実際の前記配管３０１の圧力に対する情報を獲得することができる。

前記伝送部９５０は、前記制御部９００で収集された前記損傷に関する情報または前記制御部９００で判断された前記損傷に関する判断結果を外部に伝送する。

したがって、図示してはいないが、ユーザは別途の外部装置などを通じて前記配管３０１での損傷に関する情報または判断結果を把握することができる。

図７ａは図６の配管損傷検出システムにおける温度センサの測定値の変化を図示したグラフであり、図７ｂは前記温度センサの測定値に基づいて圧力センサの測定値を補償した結果を図示したグラフである。

図７ａ及び図７ｂを参照すると、前記配管３０１の損傷が発生しない状態にもかかわらず、前記配管３０１の温度が一定区間で急激に増加する場合、前記圧力センサ６２０での圧力測定結果は急激に減少することを確認することができる。

しかしながら、本実施形態での前記配管損傷検出システム２０を用いて、前記温度を考慮して圧力測定結果を補償するようになれば、図７ｂに図示したように、実際温度が急激に増加する区間でも、温度の増加に関わらず、前記圧力センサ６２０の圧力測定結果が一定に維持されることを確認することができる。

以下、図１乃至図４を参照して説明した配管損傷検出装置１０、図５の配管損傷検出装置１１、及び図６で引用した配管損傷検出装置１２を用いた配管損傷検出方法について説明する。但し、説明の便宜上、前記配管損傷検出装置の参照番号を異にして説明する。

図８は、本発明の更に他の実施形態による配管損傷検出方法を図示したフローチャートである。図９は、図８のデータベースを構築するステップを図示したフローチャートである。図１０は、図８の配管損傷検出方法を用いて２つの圧力センサが配置された状態で、損傷が発生した場合を図示した模式図である。図１１は、図９のデータベース構築段階で全ての損傷シナリオに対して圧力分布を区画した関数の例を図示したグラフである。

本実施形態での前記配管損傷検出方法は、図１０に図示したように、複数の配管３０１が互いに連結されて構成される配管系３５０に複数の配管損傷検出装置１０００、１１００が備えられる場合、前記配管系３５０のうちの一部で損傷（３６１、３６２）が発生する場合、前記損傷が発生する位置を正確で、かつ効果的に検出するための方法に関するものである。

即ち、与えられた配管系３５０で、前記配管損傷検出装置１０００、１１００の個数及び位置を最適化して設計し、これに基づいて、該当配管系３５０で損傷が発生する場合、損傷が発生する位置を検出することを特徴とする。この場合、前記配管損傷検出装置の個数及び位置はすなわち圧力センサの個数及び位置と同一になる。

このような本実施形態による前記配管損傷検出方法を具現するためには、図８を参照すると、まず、前記圧力センサの個数及び位置組合せに対して、損傷シナリオ別圧力分布に対するデータベースを構築する（ステップＳ１０）。

即ち、与えられた配管系３５０に対する情報に基づいて、該当配管系３５０で発生できる全ての損傷シナリオ、即ち発生できる全ての損傷の種類に対して、各々の損傷シナリオ別圧力分布に対するデータベースを構築する。

この場合、前記データベースの構築方法は図９に図示した通りである。

より具体的に、図９を参照すると、前記データベースの構築方法では、まず、前記配管系３５０に設置される圧力センサの個数及び圧力センサの設置位置を初期設定する（ステップＳ１１）。

この場合、前記圧力センサの個数及び位置は任意の個数及び位置と仮定することができ、従来の発生した損傷を考慮して適切な位置と個数に設定することができる。

この後、前記配管系３５０で発生可能な全ての損傷シナリオを定義する（ステップＳ１２）。前記損傷シナリオとは、前述したように発生できる全ての損傷の種類を意味し、配管系３５０の配管の構成を考慮して、損傷が発生する位置、損傷が発生する範囲、損傷が発生する個数などの組合せで損傷シナリオを定義することができる。

この場合、前記配管系３５０が複雑であるほど、前記損傷シナリオの個数も増加することはできるが、前記配管系３５０は各々の配管と、前記配管を互いに連結するバルブで構成されるので、コンピュータシミュレーションなどを通じて前記損傷シナリオを定義することは可能である。

このように、前記圧力センサの個数及び位置が設定された状態で、前記全ての損傷シナリオが定義されれば、各損傷シナリオ別に前記圧力センサで測定される圧力測定結果、即ち各損傷シナリオ別圧力分布をシミュレーションする（ステップＳ１３）。

例えば、図１１を参照すると、損傷シナリオの３個が存在し、圧力センサの２つが仮定された場合であれば、第１損傷シナリオに対して２つの圧力センサで測定される圧力値をグラフ上に図示し、同様に、第２及び第３損傷シナリオに対して２つの圧力センサで測定される圧力値をグラフ上に図示する。

これを通じて、図１１に図示したような各損傷シナリオ別圧力分布がシミュレーションできる。

この後、前記シミュレーションされた圧力分布が良好であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。

この際、前記圧力分布が良好であるという意味は、前記各損傷シナリオ別圧力分布を互いに効果的に区画できるということで、前記圧力分布が良好でない場合であれば、各損傷シナリオ別圧力分布の区画が曖昧であることを意味する。

即ち、図１１のシミュレーション結果を参照すると、３個の損傷シナリオに対して、圧力センサでの圧力測定値に基づいて圧力分布をシミュレーションした結果を見ると、損傷１、損傷２、及び損傷１＆２の３個の損傷シナリオ別圧力分布が所定の領域に集中して分布し、これによって各々の損傷シナリオでの圧力分布は効果的に区画できる。したがって、図１１のようなシミュレーション結果が導出される場合、前記圧力分布が良好であると判断するようになる。

例えば、前記圧力分布が良好であると判断する基準として、前記損傷シナリオ別圧力分布のシミュレーション結果で、２つ以上の損傷シナリオの圧力分布が互いに重畳する割合が、互いに重畳しない割合の５％以下である場合でありうる。即ち、９５％の圧力分布は各々の損傷シナリオから独立的に導出され、５％の圧力分布が隣接した損傷シナリオと互いに重畳されれば、前記圧力分布は良好であると判断することができる。

この場合、前記割合は多様に適用されることができ、延いては、前記圧力分布が良好であると判断する基準は、前記のような割合基準の他に、各々の損傷シナリオの圧力分布の平均値を基準に各損傷シナリオ別平均値の離隔程度に基づいて判断することもできる。その他に、多様な良好判断基準が適用できる。

以上のように、前記シミュレーションされた圧力分布が良好であると判断されれば、前記初期に設定された圧力センサの個数及び位置は最適の個数及び位置であると判断して、圧力センサの個数及び位置を最適化する（ステップＳ１７）。

即ち、与えられた配管系３５０では、前記設定された圧力センサの個数及び位置が最適の個数及び位置であると最適化される。

これとは異なり、前記シミュレーションされた圧力分布が良好でないと判断されれば、最適設計アルゴリズムを適用して（ステップＳ１５）、前記圧力センサの個数及び位置を変更し（ステップＳ１６）、前記損傷シナリオ別圧力分布シミュレーションを遂行して（ステップＳ１３）、前記シミュレーションされた圧力分布が良好であるか否かをまた判断し（ステップＳ１４）、前記のようなステップを繰り返して、前記圧力センサの個数及び位置を最適化する（ステップＳ１７）。

この場合、前記最適設計アルゴリズムとは、例えば、遺伝子アルゴリズム（genetic algorithm）を適用することで、与えられた配管系３５０で、前記圧力センサの個数及び位置を最適に探索して最適の圧力センサの個数及び位置を提案することを意味する。

これとは異なり、ディップランニング技術に基づいて学習を通じて、前記圧力センサの個数及び位置を最適化してこれを提案することもできる。

以上のように、前記シミュレーションされた圧力分布が良好であると判断される時まで前記圧力センサの個数及び位置を変更して圧力分布を獲得することによって、前記圧力センサの個数及び位置を最適化することができる。

この後、前記圧力センサの個数及び位置が最適化されれば、全ての損傷シナリオに対して前記圧力分布を区画する関数を導出する（ステップＳ１８）。

即ち、図１１を参照すると、損傷１、損傷２、及び損傷１＆２の３個の損傷シナリオ別圧力分布を区画する関数として、関数Ｘ及び関数Ｙを導出することができる。

即ち、関数Ｘを通じて損傷１の圧力分布（Ａ）と残りの損傷の圧力分布（Ｂ、Ｃ）を区画することができ、関数Ｙを通じて損傷２の圧力分布（Ｂ）と損傷３の圧力分布（Ｃ）を区画することができる。

この場合、図１１の圧力分布は２つの圧力センサが位置する場合に対する分布であって、２次元のグラフで圧力分布が導出されることを例示したが、圧力センサの個数がｎ個であれば、ｎ次元のグラフで圧力分布が導出されることができ、このようなｎ次元のグラフに対してもＸ、Ｙなどの複数の関数を導出することによって、各々の損傷シナリオ別に圧力分布を区画することができる。

延いては、図１１では前記関数Ｘ及び関数Ｙが直線であることを例示したが、前記関数は曲線で導出されることもでき、延いては、圧力センサの個数が増加することによって平面や空間の関数で導出されることもできる。

以上のように、データベースが構築されれば（ステップＳ１０）、以後、与えられた配管系３５０で、最適の圧力センサの個数及び位置に対する情報を前記データベースから提供を受ける（ステップＳ２０）。

前記圧力センサの個数及び位置を最適化するデータベース構築方法に対しては前述した通りであり、これによって、前記最適化された圧力センサの個数及び位置の提供を受けて、前記配管系３５０に設置するようになる。

この後、前記配管系３５０で、損傷３６１、３６２が発生すれば、前記圧力センサで検出される圧力測定情報を獲得する（ステップＳ３０）。

即ち、図１０に例示したように、最適の圧力センサは２つであり、最適の配置位置が図１０に図示された位置（１０００、１１００）であることで、該当位置に２つの圧力センサ、即ち２つの配管損傷検出装置１０００、１１００が配置された後、前記損傷３６１、３６２が発生するようになれば、前記２つの圧力センサでは各々圧力測定結果を検出するようになる。

この後、前記圧力測定結果に基づいて、前述した方法により構築された前記データベースから前記損傷３６１、３６２が発生した位置を検出する（ステップＳ４０）。

即ち、前記データベースには、各損傷シナリオ別圧力分布、即ち測定された圧力の分布結果が貯蔵されており、延いては、各損傷シナリオに対する圧力分布を区画する関数も貯蔵された状態であるので、前記圧力測定結果を前記データベースに入力すれば、前記圧力分布区画関数から前記損傷３６１、３６２が発生した位置を検出することができる。

例えば、データベースに貯蔵された圧力分布の例が図１１に図示したような場合、第１配管損傷検出装置１０００に備えられた第１圧力センサでの圧力測定結果が０．２であり、第２配管損傷検出装置１１００に備えられた第２圧力センサでの圧力測定結果が−２．２の場合であれば、前記圧力分布は損傷２（３６２）が発生した場合の圧力分布に該当するので、前記配管系３５０で損傷２（３６２）のみ図１０に図示された損傷２の位置（３６２）に発生したことを検出するようになる。

以上のように、損傷シナリオに対する圧力分布に対するデータベースが構築された状態であれば、最適の提案された位置及び個数で設置された圧力センサで測定される圧力に基づいて、該当配管系で損傷が発生した位置を即刻検出できるようになる。

本発明の実施形態によれば、配管損傷検出装置は少なくとも１つ以上の互いに連結されるバンド部を含んでリング（ring）形態に配管の外面に脱付着可能であって、配管に容易に固定できることは勿論、メインテナンスが必要な場合、配管から容易に分離でき、かつ配管の圧力を測定して、配管の損傷有無を検出することができる。

この場合、前記ボタン部は別途のユニットで製作されることの他に、バンド部から突出してバンド部と一体形成できるので、製作の容易性及び組立ての便宜性を向上させることができる。

一方、配管の温度を考慮して前記圧力センサで測定される圧力を補償することによって、配管の内部を通過する流体の温度、または配管が位置する空間の温度などによって配管の膨脹程度が変化して圧力センサで測定される圧力が配管の損傷に関わらず変化する状態を補償することができ、これを通じて実際の配管の損傷状態での圧力増加のみが選別できるので、配管損傷の有無をより正確に検出することができる。

また、配管損傷検出方法において、与えられた配管系での圧力センサの位置及び個数が設定された状態で、配管系で損傷が発生した場合、圧力センサで測定される圧力情報に基づいて損傷の位置を即刻正確に検出できるので、従来の配管損傷検出方法で配管損傷が認知された時、管理者が手動で直接位置を検出しなければならないという煩わしさを解決することができる。

特に、前記データベースを通じて、各損傷シナリオ別に圧力分布を区画する関数が導出されるので、圧力センサで検出された圧力が前記区画される圧力分布のうち、どこに該当するかの可否のみ判断することで、損傷発生位置が検出できるので、損傷発生位置が自動で検出できるので、検出の容易性が向上する。

一方、前記データベースの構築において、圧力センサの位置及び個数のみを変化させて圧力分布が損傷シナリオ別に区画できるように誘導することで、配管損傷検出において効果的なデータベース構築方法であり、実際損傷発生位置の検出において活用性が非常に高いということができる。

前記では本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は下記の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解することができる。

Claims

配管に向ける方向に溝部が形成される少なくとも１つのバンド部を含み、リング（ring）形状に配管に脱着可能に結合されるバンドユニット；及び
前記溝部に位置し、前記配管から印加される圧力を測定する圧力センサ、前記圧力センサと前記配管の外面との間に介される補助ブロック、及び前記圧力センサと前記バンド部との間に介されて前記圧力センサの面積より狭い面積を形成するボタン部を含むセンサユニットを含む、配管損傷検出装置。
前記配管からの圧力が印加されることによって、前記圧力センサは前記ボタン部と重畳する面積で前記印加される圧力を測定することを特徴とする、請求項１に記載の配管損傷検出装置。
前記ボタン部は、
前記バンド部の溝部から前記圧力センサに向けて突出して形成されることを特徴とする、請求項１に記載の配管損傷検出装置。
前記バンド部には、前記溝部と離隔して前記バンド部を貫通するようにホール部が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の配管損傷検出装置。
前記ホール部には、
前記配管に向ける方向に前記配管の温度を測定する温度センサが固定されることを特徴とする、請求項４に記載の配管損傷検出装置。
２つ以上のバンド部を互いに結合する締結手段をさらに含み、
前記締結手段は、前記バンド部の互いに対向する一端部に結合されることを特徴とする、請求項１に記載の配管損傷検出装置。
前記バンド部の一端部に形成される貫通孔を貫通して、前記バンド部を前記配管に固定させる固定部材をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の配管損傷検出装置。
リング（ring）形状に配管に脱着可能に結合されるバンドユニット、及び前記バンドユニットに備えられて前記配管の圧力を測定する圧力センサ及び前記配管の温度を測定する温度センサを含む配管損傷検出装置；
前記温度センサの測定結果に基づいて前記圧力センサの測定結果を補償し、前記補償された圧力センサの測定結果に基づいて前記配管の損傷情報を収集する制御部；及び
前記制御部で収集された前記配管の損傷情報を外部に伝送する伝送部を含む、配管損傷検出システム。
前記バンドユニットは、前記配管に向ける方向に溝部が形成される少なくとも１つのバンド部を含み、
前記圧力センサは、前記溝部に位置することを特徴とする、請求項８に記載の配管損傷検出システム。
前記バンド部には、前記溝部と離隔し、前記バンド部を貫通するようにホール部が形成され、
前記温度センサは、前記ホール部に位置することを特徴とする、請求項９に記載の配管損傷検出システム。
圧力センサの個数及び位置組合せに対して、損傷シナリオ別圧力分布に対するデータベースを構築するステップ；
前記データベースから、与えられた配管系で最適の圧力センサの個数及び位置情報を提供するステップ；
前記配管系で損傷が発生する場合、各圧力センサで検出される圧力情報を獲得するステップ；及び
前記データベースから前記圧力情報に基づいて、前記損傷が発生した位置を検出するステップを含む、配管損傷検出方法。
前記データベースを構築するステップは、
前記圧力センサの個数及び位置を設定するステップ；
前記配管系で発生可能な全ての損傷シナリオを定義するステップ；
各損傷シナリオ別圧力分布をシミュレーションするステップ；
前記シミュレーションされた圧力分布が、各損傷シナリオ別に区画が可能か否かを判断するステップ；及び
前記圧力分布の区画が可能な場合、前記圧力分布を区画する関数を導出するステップを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の配管損傷検出方法。
前記データベースを構築するステップは、
前記圧力分布の区画が曖昧な場合、最適設計アルゴリズムを適用して、前記圧力センサの個数及び位置を変更するステップ；及び
前記変更された圧力センサの個数及び位置に対して前記圧力分布をまたシミュレーションして、前記圧力センサの個数及び位置を最適化するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の配管損傷検出方法。
前記最適設計アルゴリズムは、
前記配管系で、前記圧力センサの最適の個数及び位置を探索する遺伝子アルゴリズム（genetic algorithm）であることを特徴とする、請求項１３に記載の配管損傷検出方法。
前記損傷が発生した位置を検出するステップで、
前記圧力センサで検出された圧力が、前記関数により区画される圧力分布のうち、どの圧力分布に該当するかに基づいて前記損傷が発生した位置を検出することを特徴とする、請求項１２に記載の配管損傷検出方法。