KR101008887B1 - 광센서 케이블을 포함하는 전기 가열 장치 및 이를 이용한 전기 가열 시스템 - Google Patents

광센서 케이블을 포함하는 전기 가열 장치 및 이를 이용한 전기 가열 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광센서 케이블을 포함하는 전기 가열 장치를 이용한 전기 가열 시스템에 관한 것으로서, 작동 전력을 공급받아 발열함으로써 가열 대상물을 가열하는 히팅 케이블; 및 레이저 펄스를 입력받아 반사광을 출력함으로써 내부의 광섬유 중 특정 지점에서의 온도를 감지함에 따라 가열 대상물 중 특정 지점에서의 온도를 감지하는 기능을 수행하는 광센서 케이블;을 포함하는 전기 가열 장치; 상기 광센서 케이블로부터 출력된 반사광을 입력받아 가열 대상물의 온도 정보 및 제어용 온도 정보를 산출하고 상기 제어용 온도 정보를 컨트롤러로 전송하는 모니터 모듈; 전송받은 제어용 온도 정보에 따라 전력 배분 모듈의 공급 전력을 제어하는 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 히팅 케이블로 작동 전력을 배분하는 전력 배분 모듈;을 포함한다.
본 발명에 따르면, 저렴하면서도 국부적인 온도 측정이 가능한 광센서 케이블을 전기 가열 장치에 설치함으로써, 가열 대상물 중의 국부적인 온도 편차에 무관하게 작동 여부를 적절히 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

광센서 케이블을 포함하는 전기 가열 장치 및 이를 이용한 전기 가열 시스템 {Electric Heating Apparatus including Fiber Optic Cable and Electric Heating System using Therefor}
본 발명은 광센서 케이블을 포함하는 전기 가열 장치 및 이를 이용한 전기 가열 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 가정용 또는 산업용 시설의 가열을 위해 설치되는 전기 가열 장치에 저렴하면서도 국부적인 온도 측정이 가능한 광센서 케이블을 매설함으로써, 국부적인 온도 편차에 무관하게 작동 여부를 적절히 제어할 수 있으며 유지보수가 간편하고 국부적인 누수 감지 기능을 수행할 수 있는 전기 가열 장치 및 이를 이용한 전기 가열 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 히팅 케이블(Heating Cable)은 가정, 사무공간, 산업용 시설, 도로 등에 설치되어 난방, 가열, 동파 방지, 제설(Snow Melting) 등의 기능을 수행한다.
산업용 시설을 예로 들면, 히팅 케이블은 각종 배관의 내외부에 설치되어 온도 유지, 동파 방지 등의 기능을 하며, LNG 탱크 등 각종 저장 탱크의 하부에 설치되어 온도 유지, 결빙에 따른 침하 방지 등의 기능을 할 수 있다.
종래 LNG 탱크(T)의 온도 유지를 위한 전기 가열 시스템은, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 히팅 케이블(10), 전력 배분 모듈(20), RTD(Resistance Temperature Detector) 센서(30)를 포함하는 전기 가열 장치(E)와, 외부의 컨트롤러(40)로 구성된다.
이때, 히팅 케이블(10)은 통상적인 LNG 탱크(T) 하나를 가열하기 위한 전기 가열 장치 내부에 15,000m 정도가 매립되어 탱크(T) 내부의 온도 유지, 결빙에 따른 탱크(T)의 침하 방지 등의 기능을 수행한다.
컨트롤러(40)는 RTD 센서(30)가 감지하는 온도를 모니터하며 이를 바탕으로 전력 배분 모듈(20)을 통해 적정 전력을 히팅 케이블(10)에 공급함으로써 전기 가열 시스템 전체를 제어한다.
그런데, 이러한 종래 전기 가열 시스템에서는, RTD 센서의 설치비용, 운영비용, 보수비용 등이 막대함으로 인해 하나 또는 소수의 RTD 센서만을 이용하여 전기 가열 장치의 온도를 측정하므로, 전기 가열 장치 내의 국부적인 온도 편차를 반영할 수 없어서 막대한 전력 손실을 초래하였다.
예를 들어, 전기 가열 장치가 전반적으로는 적정 온도를 유지하고 있어서 전기 가열 장치의 작동이 불필요한 경우라 하더라도, 우연히 또는 외부적인 요인에 의해 RTD 센서 위치에서의 온도가 임계값 이하라면 컨트롤러가 전기 가열 장치의 작동을 개시하게 되어 불필요한 전력 소모가 발생한다.
만약 종래 전기 가열 시스템을 수 km 또는 수십 km에 달하는 배관 등에 적용하게 되면, 상술한 문제점은 더욱 커지게 될 수밖에 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 종래 RTD 센서에 비해 상대적으로 저렴하면서도 국부적인 온도 측정이 가능한 광센서 케이블을 전기 가열 장치에 설치함으로써, 국부적인 온도 편차에 무관하게 작동 여부를 적절히 제어할 수 있는 전기 가열 장치 및 이를 이용한 전기 가열 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 전기 가열 장치의 국부적인 위치별 온도를 모니터함으로써, 가열 대상물로부터 급격한 온도 변화가 감지될 경우 해당 지점을 용이하고 신속하게 파악할 수 있음에 따라 유지보수가 간편한 전기 가열 장치 및 이를 이용한 전기 가열 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 상기 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 전기 가열 장치의 국부적인 위치별 온도를 모니터함으로써, 가열 대상물 중 임의의 지점으로부터의 특정 물질 누수 또는 화재 등에 의해 발생하는 고유한 온도 변화를 감지할 수 있음에 따라 누수 감지(Leak Detection) 또는 화재 감시 기능을 수행하는 전기 가열 장치 및 이를 이용한 전기 가열 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 광센서 케이블을 포함하는 전기 가열 장치에 관한 것으로서, 작동 전력을 공급받아 발열함으로써 가열 대상물을 가열하는 히팅 케이블; 및 레이저 펄스를 입력받아 반사광을 출력함으로써 내부의 광섬유 중 특정 지점에서의 온도를 감지함에 따라 가열 대상물 중 특정 지점에서의 온도를 감지하는 기능을 수행하는 광센서 케이블;을 포함한다.
바람직하게, 가열 대상물을 지지하며 상기 히팅 케이블 및 광센서 케이블을 보호하는 본체;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게, 상기 광센서 케이블이 상기 히팅 케이블 내에 위치함으로써 상기 히팅 케이블 및 광센서 케이블이 일체로 제작되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 광센서 케이블을 포함하는 전기 가열 장치를 이용한 전기 가열 시스템에 관한 것으로서, 작동 전력을 공급받아 발열함으로써 가열 대상물을 가열하는 히팅 케이블; 및 레이저 펄스를 입력받아 반사광을 출력함으로써 내부의 광섬유 중 특정 지점에서의 온도를 감지함에 따라 가열 대상물 중 특정 지점에서의 온도를 감지하는 기능을 수행하는 광센서 케이블;을 포함하는 전기 가열 장치; 상기 광센서 케이블로부터 출력된 반사광을 입력받아 가열 대상물의 온도 정보 및 제어용 온도 정보를 산출하고 상기 제어용 온도 정보를 컨트롤러로 전송하는 모니터 모듈; 전송받은 제어용 온도 정보에 따라 전력 배분 모듈의 공급 전력을 제어하는 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 히팅 케이블로 작동 전력을 배분하는 전력 배분 모듈;을 포함한다.
바람직하게, 상기 제어용 온도 정보는, 가열 대상물의 평균 온도 정보, 가열 대상물 중 특정 지점에 대한 온도 정보 및 경고 정보 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 바람직하게, 상기 컨트롤러는 가열 대상물의 온도 정보를 별도의 디스플레이 모듈로 전송함으로써 디스플레이할 수 있도록 하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래 RTD 센서에 비해 상대적으로 저렴하면서도 국부적인 온도 측정이 가능한 광센서 케이블을 전기 가열 장치에 설치함으로써, 가열 대상물 중의 국부적인 온도 편차에 무관하게 작동 여부를 적절히 제어할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전기 가열 장치의 국부적인 위치별 온도를 모니터함으로써, 가열 대상물로부터 급격한 온도 변화가 감지될 경우 해당 지점을 용이하고 신속하게 파악할 수 있음에 따라 유지보수가 간편한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전기 가열 장치의 국부적인 위치별 온도를 모니터함으로써, 가열 대상물 중 임의의 지점으로부터의 특정 물질 누수 또는 화재 등에 의해 발생하는 고유한 온도 변화를 감지할 수 있음에 따라 누수 감지(Leak Detection) 또는 화재 감시 기능을 수행할 수 있는 효과도 있다.
도 1a 및 1b는 종래 기술을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 가열 시스템에 관한 전체 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모니터 모듈의 동작을 설명하기 위한 참고도.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 가열 시스템에 관해 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 가열 시스템에 관한 전체 구성도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모니터 모듈의 동작을 설명하기 위한 참고도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 가열 시스템은 본체(110), 히팅 케이블(120) 및 광센서 케이블(130)을 포함하는 전기 가열 장치(100)와 함께, 모니터 모듈(200), 컨트롤러(300) 및 전력 배분 모듈(400)을 포함한다.
상기 전기 가열 장치(100)는 가열 대상물의 종류에 따라 특히 그 하부에 매립 또는 매설되어 상기 히팅 케이블(120)의 발열에 의해 가열 대상물을 가열하는 장치로서, 가정, 사무공간, 산업용 시설, 도로 등 다양한 시설에 적용 가능하다.
상기 본체(110)는 그 내부 또는 외부에 히팅 케이블(120) 및 광센서 케이블(130)이 매립 또는 매설된다면 가열 대상물의 길이, 규모, 형상 등에 따라서 다양하게 변형 가능하며, 특히 가열 대상물이 장거리 배관 등인 경우 상기 전기 가열 장치(100)는 상기 본체(110) 없이 상기 히팅 케이블(120) 및 광센서 케이블(130)이 직접 가열 대상물의 내부 또는 외부에 매설될 수 있음은 물론이다.
만약 가열 대상물이 LNG 탱크라면, 상기 본체(110)는 LNG 탱크의 하부에서 LNG 탱크를 지지하면서 상기 히팅 케이블(120) 및 광센서 케이블(130)을 보호하는 기능을 수행하는 것이 바람직할 것이다.
다음으로, 상기 히팅 케이블(120)은 상기 전력 배분 모듈(400)의 전력 배분에 의해 작동 전력을 공급받아 발열함으로써 가열 대상물을 가열하는 기능을 수행한다.
상기 히팅 케이블(120)의 길이, 배열 또는 매립 형상은 가열 대상물의 특징에 따라서 다양하게 변경 가능하며, 종래 가정용 또는 산업용 시설에 있어서 여러 용도로 사용되었던 다양한 히팅 케이블을 채택할 수 있다.
다음으로, 상기 광센서 케이블(130)은 레이저 펄스의 입력 및 반사광 출력에 의해 상기 광센서 케이블(130) 중 특정 지점에서의 온도를 감지함에 따라 가열 대상물 중 특정 지점에서의 온도를 감지하는 기능을 수행한다.
구체적으로, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 광센서 케이블(130)은 상기 모니터 모듈(200)로부터 그 내부에 레이저 펄스를 인가받으며 인가된 레이저 펄스가 반사되는 반사광이 상기 모니터 모듈(200)에 의해 감지됨으로써 온도 측정이 이루어지게 되는데, 상기 광센서 케이블(130) 내부의 광섬유 자체가 센서로서의 기능을 수행한다.
상기 광센서 케이블(130)에 의해 수천 미터에 달하는 광섬유에 대해서도 수천 개 이상의 온도 측정 지점에서의 연속적인 온도 프로파일 확보가 가능하며, 이에 의해 상기 히팅 케이블(120) 또는 가열 대상물 중 매우 국부적인 지점에서의 세부적인 온도 측정이 가능하게 된다.
도 2에서, 상기 광센서 케이블(130)은 상기 히팅 케이블(120)에 인접 또는 접촉하여 전기 가열 장치(100) 내에 매립되는 것으로 도시되었으나, 상기 광센서 케이블(130)의 위치는 이에 한정되지 아니하며 상기 히팅 케이블(120) 내부에 설치하여 상기 히팅 케이블(120)과 일체로 제작될 수도 있고 상기 히팅 케이블(120)과 적절한 거리를 유지하며 설치될 수도 있다.
상기 광센서 케이블(130)은 본질적으로 전자기적 간섭에 대하여 강인하므로 고전압 환경에서도 신뢰성 있는 측정 결과를 제공할 수 있어서 본 발명에 따른 실시간 온도 측정에 적합하다.
또한, 상기 모니터 모듈(200)은 레이저 펄스를 상기 광센서 케이블(130)에 인가하고 반사된 광을 입력받음에 의해, 가열 대상물 중 특정 지점에서의 온도 정보를 실시간으로 또는 주기적으로 감지함으로써 가열 대상물의 온도를 모니터하며, 모니터한 온도 정보를 바탕으로 제어용 온도 정보를 산출하여 상기 컨트롤러(300)로 제어용 온도 정보를 전송하는 기능을 수행한다.
상기 제어용 온도 정보는, 가열 대상물의 평균 온도 정보, 가열 대상물 중 특정 지점에 대한 온도 정보 및 경고 정보를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 모니터 모듈(200)은 온도 정보 모니터에 의해 가열 대상물의 평균 온도 정보 및 특정 지점에서의 온도 정보를 상기 컨트롤러(300)로 전송하며, 가열 대상물 중 특정 지점에서의 온도가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우 경고 정보를 상기 컨트롤러(300)로 전송하여 상기 컨트롤러(300)가 경고 정보를 디스플레이할 수 있도록 한다.
바람직하게, 상기 모니터 모듈(200)은 광섬유 온도 측정 시스템(Fiber Optical Distributed Temperature Sensing System, DTS)으로 설정된다. 상기 DTS에 대해서는 기존의 시스템을 사용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
가열 대상물의 종류에 따라 차이는 있으나, 상기 DTS에 의해 가열 대상물이 장거리 배관인 경우 1m 단위의 온도 측정 지점에 대해 0.1℃의 분해능으로 온도를 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 컨트롤러(300)는 전송받은 제어용 온도 정보에 따라 상기 전력 배분 모듈(400)의 공급 전력을 제어하는 기능을 수행한다.
구체적으로, 상기 컨트롤러(300)는 상기 모니터 모듈(200)로부터 수신한 가열 대상물의 평균 온도 정보, 가열 대상물 중 특정 지점에 대한 온도 정보 및 경고 정보를 바탕으로 상기 전력 배분 모듈(400)의 적정 공급 전력을 산출하여 제어하며, 평균 온도 정보, 특정 지점에서의 온도 정보 및 경고 정보를 별도의 디스플레이 모듈을 통해 디스플레이한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 상기 모니터 모듈(200)과 상기 컨트롤러(300)는 별개의 장치인 것으로 설정되었으나, 상기 모니터 모듈(200)과 상기 컨트롤러(300)의 기능을 통합하여 하나의 장치로서 구현하는 것도 가능함은 물론이다.
그리고, 상기 전력 배분 모듈(400)은 상기 컨트롤러(300)의 제어에 의해 상기 히팅 케이블(120)로 작동 전력을 배분하는 기능을 수행한다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다.
100 : 전기 가열 장치 110 : 본체
120 : 히팅 케이블 130 : 광센서 케이블
200 : 모니터 모듈 300 : 컨트롤러
400 : 전력 배분 모듈

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 광센서 케이블을 포함하는 전기 가열 장치를 이용한 전기 가열 시스템에 있어서,
    작동 전력을 공급받아 발열함으로써 가열 대상물을 가열하는 히팅 케이블(120); 레이저 펄스를 입력받아 반사광을 출력함으로써 내부의 광섬유 중 특정 지점에서의 온도를 감지함에 따라 상기 가열 대상물 중 특정 지점에서의 온도를 감지하는 기능을 수행하는 광센서 케이블(130); 및 상기 가열 대상물을 지지하며 상기 히팅 케이블(120) 및 광센서 케이블(130)을 보호하는 본체(110);를 포함하는 전기 가열 장치(100);
    상기 광센서 케이블(130)로부터 출력된 반사광을 입력받아 상기 가열 대상물의 온도 정보 및 제어용 온도 정보를 산출하고 상기 제어용 온도 정보를 컨트롤러(300)로 전송하는 모니터 모듈(200);
    전송받은 제어용 온도 정보에 따라 전력 배분 모듈(400)의 공급 전력을 제어하는 컨트롤러(300); 및
    상기 컨트롤러(300)의 제어에 의해 상기 히팅 케이블(120)로 작동 전력을 배분하는 전력 배분 모듈(400);을 포함하되,
    상기 제어용 온도 정보는, 상기 가열 대상물의 평균 온도 정보, 상기 가열 대상물 중 특정 지점에 대한 온도 정보 및 경고 정보 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상을 포함하고,
    상기 컨트롤러(300)는 상기 가열 대상물의 온도 정보를 별도의 디스플레이 모듈로 전송함으로써 디스플레이할 수 있도록 하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서 케이블을 포함하는 전기 가열 장치를 이용한 전기 가열 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
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