KR101571233B1 - 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means

Abstract

대형 플랜트, 발전소 등의 배관 온도 유지에 이용되는 히팅 케이블의 온도 제어 및 배관의 보온 효율을 실시간으로 측정할 수 있는 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템(500)을 제공한다.
무선 모듈을 개재하여 중앙 서버(100)와 데이터 신호의 송수신이 가능하도록 링크되는 정션 박스(300)와, 배관(400)과, 상기 배관 주위에 설치되는 히팅 케이블(450)과, 상기 히팅 케이블과 배관을 피복하는 보온재(401)와, 상기 보온재와 상기 배관 본체 사이에 배치되어 상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되는 제1 온도감지 센서(381)와, 상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되어 그 정션 박스 주위의 외기 온도를 측정하는 제2 온도감지 센서(383)와, 상기 보온재로 피복된 배관이 소정 온도를 유지하도록 상기 히팅 케이블의 구동을 제어하는 전원부(140)를 포함하여 구비하고, 상기 히팅 케이블의 구동시 상기 중앙 서버는 상기 제1 온도감지 센서가 감지한 온도에서 그 히팅 케이블의 이론 유효 발열량(Qp)과 실측 유효 발열량(Qa)에 각각 도달하는 시간 편차를 연산하여 상기 보온재가 피복된 배관의 보온 효율을 동시에 출력할 수 있도록 구성된다.

Description

히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템 및 그 제어방법{The temperature control system of heating cable and the control method}
본 발명은 대형 플랜트, 발전소 등의 배관 온도 유지에 이용되는 히팅 케이블의 온도 제어 및 배관의 보온 효율을 실시간으로 측정하여 관리할 수 있는 제어방법에 관한 것이다.
대형 플랜트나 발전소와 같은 설비는 중앙 집중식 제어가 이루어지는데, 그 제어 요소 중 하나는 복잡하게 설치된 파이프 및 유체가 흐르는 배관의 자동 온도제어 관리가 있다.
대형 플랜트나 발전소 설비의 배관에는 동파 방지나 일정한 온도 유지를 위하여 배관을 따라 설치되는 히팅 케이블과, 배관의 온도 변화를 실시간으로 감지하고, 그 데이터를 무선 통신을 이용한 중계 노드를 통하여 서버에 전송함으로써 데이터의 분석 관리 및 시설의 제어가 이루어질 수 있도록 하는 기술이 알려져 있다.
한 예로, 국내 특허등록 번호 제998953호에는 플랜트의 각종 유체 배관 및 용기에 연결된 센서에 의해 감지되어 생성된 센싱 데이터를 지그비 통신을 통하여 송신하거나, 소정의 제어 명령을 지그비 통신을 통하여 수신하는 전력 제어 무선 노드(power control radio node, PCRN)와, 상기 지그비 통신을 통하여 수신한 센싱 데이터를 서버에 제공하거나, 상기 서버로부터 상기 소정의 제어 명령을 제공받고 상기 전력 제어 무선 노드에 상기 소정의 제어 명령을 송신함으로써 상기 각종 유체 배관 및 용기를 제어하는 제어 패널 무선 노드(control panel radio node, CPRN)를 포함하는 제어 시스템이 개시되어 있다.
상기 종래의 지그비 통신을 이용한 배관 온도의 측정 및 제어시스템은 대형 화학 플랜트나 원자력 발전소와 같은 일괄 처리 시스템의 관리가 요구되는 곳에 설치되어 중앙 집중식 제어가 이루어지는데 적게는 수Km 많게는 수십Km에 걸쳐 복잡하게 얽혀 있는 각종 유체 배관의 경우 일정한 온도로 유지 관리해 주어야 하는 필요가 있을 때, 배관 주위에 히팅 케이블을 설치한 후 배관을 보온재로 피복하고, 배관의 중간 중간에 배관의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서를 설치하여 온도 센서의 감지 신호에 따라 배관의 온도가 하강하면 배관 주위에 설치된 히팅 케이블에 전원을 공급하여 배관의 온도를 일정한 온도로 유지하도록 하는 형태로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 종래의 배관의 온도 감지 및 제어시스템은 배관에 적당한 보온재를 피복하고, 그 보온재가 피복된 배관의 주위에 배치된 히팅 케이블을 이용하여 배관이 적정 온도를 유지하도록 제어된다.
그러나 상기와 같이 구성되는 종래의 배관 온도 측정 방접은 단순히 일반 온도계를 이용하여 측정한 후, 그 온도 데이터에 따라 히팅 케이블이 구동되기 때문에 히팅 케이블의 전력 낭비가 큰 단점이 있다.
또, 배관이 설치된 위치나 구역별로 보온 상태 및 보온 효율을 구분하여 파악할 수 없는 단점이 있다.
또, 종래의 시스템으로는 배관의 어느 부분이 보온의 효율이 떨어지는지 파악이 불가능하여 배관 위치 및 구역별로 구분하여 집중 관리하기가 어려운 단점이 있다.
국내 특허등록 번호 제998953호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 히팅 케이블의 설정 온도에 따른 이론 유효 발열량과 실측 유효 발열량에 대한 시간차를 연산하여 각 배관의 보온 상태 및 효율을 실시간으로 관리하고 제어할 수 있는 무선 통신을 이용한 보온 제어시스템과 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 히팅 케이블을 최적의 상태로 구동하여 전력 소모를 줄일 수 있는 무선 통신을 이용한 제어시스템과 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 구간별로 배관의 보온 효율을 그 측정 온도에 대응하여 함께 출력할 수 있는 무선 통신을 이용한 제어시스템 및 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적 달성을 위하여 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템은 무선 모듈을 개재하여 서버와 데이터 신호의 송수신이 가능하도록 링크되는 정션 박스와,
배관과, 상기 배관 주위에 설치되는 히팅 케이블과,
상기 히팅 케이블과 배관을 피복하는 보온재와,
상기 보온재와 상기 배관 본체 사이에 배치되어 상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되는 제1 온도감지 센서와,
상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되어 그 정션 박스 주위의 외기 온도를 측정하는 제2 온도감지 센서와,
상기 보온재로 피복된 배관이 소정 온도를 유지하도록 상기 히팅 케이블의 구동을 제어하는 히팅 케이블 제어부를 포함하여 구비하고,
상기 히팅 케이블의 구동시 상기 서버는 상기 제1 온도감지 센서가 감지한 온도에서 그 히팅 케이블의 이론 유효 발열량과 실측 유효 발열량에 각각 도달하는 시간 편차를 연산하여 상기 보온재가 피복된 배관의 보온 효율을 동시에 출력할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 정션 박스는 상기 배관에 일정 간격으로 설치되고, 그 정션 박스가 담당하는 영역별로 상기 제1 온도감지 센서가 감지한 온도와 상기 보온재가 피복된 배관의 보온 효율을 동시에 출력할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 히팅 케이블의 이론 유효 발열량은 상기 히팅 케이블의 발열량으로부터 상기 보온재가 피복된 배관의 열손실을 감산하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 보온재가 피복된 배관의 열손실은 수식(1)에 의하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.
또, 수식(1)에 의한 열손실 Qi = 2π*K2*L*(Ti-To)/(ln(r3/r2)가 적용되고, K2는 상기 보온재의 고유 열전도율, L은 상기 보온재가 피복된 배관의 길이, Ti는 상기 제1 온도감지 센서의 감지 온도, To는 상기 제2 온도감지 센서의 감지 온도, r3는 상기 보온재의 외경, r2는 상기 배관의 외경을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 의하면, 무선 모듈을 개재하여 서버와 데이터 신호의 송수신이 가능하도록 링크되는 정션 박스와,
배관과, 상기 배관 주위에 설치되는 히팅 케이블과,
상기 히팅 케이블과 배관을 피복하는 보온재와,
상기 보온재와 상기 배관 본체 사이에 배치되어 상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되는 제1 온도감지 센서와,
상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되어 그 정션 박스 주위의 외기 온도를 측정하는 제2 온도감지 센서와,
상기 보온재로 피복된 배관이 소정 온도를 유지하도록 상기 히팅 케이블의 구동을 제어하는 히팅 케이블 제어부를 포함하여 구비하는 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템의 제어방법은,
상기 서버를 이용하여 상기 보온재가 피복된 배관의 온도제어 범위를 특정하는 단계,
적어도 상기 온도제어 범위에 대응하여 상기 히팅 케이블의 발열량으로부터 상기 보온재가 피복된 배관의 열손실을 감산하여 얻어지는 이론 유효 발열량에 도달하는 시간을 연산하여 데이터화하는 단계,
상기 제1 온도감지 센서가 감지한 온도에서 상기 히팅 케이블의 실측 유효발열량에 도달하는 시간과 상기 데이터화된 이론 유효 발열량에 도달하는 시간을 비교 연산하여 그 시간 편차에 따라 상기 보온재가 피복된 배관의 보온 효율을 측정하는 단계,
상기 제1 온도감지 센서가 감지한 온도와 그 온도에 대응하는 상기 보온재가 피복된 배관의 보온 효율을 동시에 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 직비 통신 또는 RF 통신 방식의 무선 모듈을 개재하여 서버와 데이터 신호의 송수신이 가능하도록 링크되는 정션 박스와,
배관과, 상기 배관 주위에 설치되는 히팅 케이블과,
상기 히팅 케이블과 배관을 피복하는 보온재와,
상기 보온재와 상기 배관 본체 사이에 배치되어 상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되는 제1 온도감지 센서와,
상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되어 그 정션 박스 주위의 외기 온도를 측정하는 제2 온도감지 센서와,
상기 보온재로 피복된 배관이 소정 온도를 유지하도록 상기 히팅 케이블의 구동을 제어하는 히팅 케이블 제어부를 포함하여 구비하고,
상기 히팅 케이블의 구동시 상기 서버는 상기 제1 온도감지 센서가 감지한 온도에서 그 히팅 케이블의 이론 유효 발열량과 실측 유효 발열량에 각각 도달하는 시간 편차를 연산하여 상기 보온재가 피복된 배관의 보온 효율을 동시에 출력할 수 있도록 구성함으로써, 배관이 설치된 위치, 방향, 온도 차이가 심한 환경에 관계없이 배관의 보온재에 대한 보온 상태 및 효율을 각 구간별로 정확히 파악할 수 있고, 그 보온 효율 데이터에 근거하여 배관의 온도제어 범위를 적절히 제어하여 히팅 케이블의 구동 효율을 최적화하고 전력 소비를 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
또, 배관의 보온 상태 및 효율을 정확히 파악할 수 있으므로 배관의 보온 효율이 떨어지는 위치나 영역을 쉽게 알 수 있어 최적의 관리 정보를 제공할 수 있는 정점이 있다.
도 1은 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템을 예시하여 설명하기 위한 블럭도이고,
도 2는 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템에 있어서, 중앙 서버를 예시하여 나타내는 블럭도이고,
도 3은 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템에 있어서, 로컬 서버를 예시하여 나타내는 블럭도이고,
도 4는 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템에 있어서, 정션 박스를 예시하여 나타내는 블럭도이고,
도 5는 본 발명의 정션 박스와 히팅 케이블이 설치된 배관의 일 실시예를 나타내는 요부 종단면도이고,
도 6은 도 5의 A-A선을 따라 절단하여 나타내는 횡단면도이고,
도 7은 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템에 있어서, 히팅 케이블의 이론 유효 발열량(Qp)과 실측 유효 발열량(Qa)을 나타내는 그래프이고,
도 8은 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템을 설명하기 위한 플로차트이다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참고하여 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템과 그 제어방법을 구체적으로 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템(500)은, 중앙 서버(100)와, 중앙 서버와 지그비 통신 또는 RF 통신 방식에 의하여 링크되는 복수의 로컬 서버(200)와, 상기 각각의 로컬 서버에 지그비 통신 또는 RF 통신 방식에 의하여 링크되는 복수의 정션 박스(300)와, 상기 정션 박스에 각종 센서 및 제어 선을 개재하여 연결되고 히팅 케이블이 설치된 배관(400)들로 구성된다.
상기 정션 박스(300)는 대형 플랜트 및 발전소 등의 시설에 대한 제어시스템에서 각 시설의 작동 오류 및 작동 상태를 감지하고, 제어하기 위하여 여러 종류의 센서들을 구비할 수 있고, 그 센서들에 의하여 수신된 각종 데이터 신호를 서버에 송신하거나, 서버로부터 수신된 데이터 신호에 따라 동작이 제어될 수 있도록 구성된다. 상기 정션 박스(300)는 소정 간격 예를 들어 반경 10m 영역을 커버할 수 있도록 구성할 수 있다. 상기 개별 정션 박스가 커버하는 영역은 상기 예시된 거리에 한정되지 않고 설치 장소나 환경에 따라 다양하게 변형하여 구성할 수 있다.
상기 정션 박스를 통하여 수집된 각종 정보 데이터 신호는 지그비 통신 또는 RF 통신 방식 등을 이용하여 무선으로 로컬 서버(200) 및 중앙 서버(100)로 전송되고, 로컬 서버 및 중앙 서버는 전송되어 온 데이터 신호를 분석하여 정션 박스에 적절한 제어 명령을 송신하거나, 배관 상태를 제어한다.
본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템을 구성하는 중앙 서버(100)는, 한 예로 도 2와 같이 정션 박스 및 로컬 서버 제어부(110), 무선 모듈(120), 신호 및 데이터 처리부(130), 전원부(140), 표시부(150), 입력부(160) 등으로 구성된다.
또, 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템을 구성하는 각 로컬 서버(200)는, 한 예로 도 3과 같이 정션 박스 제어부(210), 무선 모듈(220), 신호 및 데이터 처리부(230), 전원부(240), 표시부(250), 입력부(260) 등으로 구성된다.
또, 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템을 구성하는 각 정션 박스(300)는, 한 예로 도 4과 같이 제어부(310), 무선 모듈(320), 신호 처리부(330), 전원부(340), 표시부(350), 온도 측정부(380), 전력 제어부(390)를 포함하여 구성된다. 상기 정션 박스(300)에는 온도 측정부(380) 외에 다양한 센서(도시 생략)들로 구성되는 신호 감지부(도시 생략)가 추가로 구성될 수 있다.
상기 정션 박스 및 로컬 서버 제어부(110)는, 무선 모듈(120,220,320)을 개재하여 각 로컬 서버(200)와, 각 로컬 서버에 링크되어 있는 정션 박스(300)의 데이터 신호를 주고 받고, 그 신호에 따라 제어 명령 신호를 송신하고, 각종 데이터를 저장 및 디스플레이할 수 있도록 제어하는 역할을 한다.
신호 및 데이터 처리부(130)는 로컬 서버(200)와, 정션 박스(300)의 데이터 신호를 수신하여 연산하거나, 각종 신호 데이터를 처리하는 역할을 한다.
입력부(160)는 터치패드 키보드 등으로 구성되어 데이터 입력 및 명령어를 입력할 수 있도록 하고, 표시부(150)는 사용자가 인식하기 쉽도록 가공된 각종 데이터 및 도표, 그림 등을 표시하는 디스플레이 화면으로 이루어진다. 전원부(140)는 중앙 서버에 전원을 공급하거나, 히트 케이블의 전원 공급 제어를 정션 박스로 부터 수신된 신호에 근거하여 다이렉트 제어하는 경우 히트 케이블(450)의 전원 공급에 대한 온/오프를 컨트롤하는 역할을 한다.
도 3과 같이 구성되는 로컬 서버(200)의 각 구성요소는 중앙 서버(100)의 구성 요소들과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있고, 단지 중앙 서버(100)에 종속되어 제어되는 점만 다르다.
따라서, 필요에 따라서는 로컬 서버(200)의 설치를 생략하고, 중앙 서버(100)와, 정션 박스(300)를 무선 모듈(120,320)을 개재하여 링크하는 구조로 구성하여도 된다.
본 발명의 제어 시스템을 구성하는 정션 박스(350)의 제어부(310)는 무선 모듈(120,220,320)을 개재하여 각 로컬 서버(200)와, 중앙 서버(100) 사이에 데이터 신호를 주고 받고, 수신된 명령 신호의 실행을 제어하는 역할을 한다. 신호 처리부(330)는 온도 측정부(380)로부터 데이터 신호를 증폭하여 로컬 서버 및 중앙 서버로 전송할 수 있도록 하거나, 로컬 서버 및 중앙 서버로부터 수신한 신호를 처리하여 제어부(310)를 거쳐 표시부(350)에 표시하도록 한다. 전력제어부(390)는 제어부(310)의 제어신호에 따라 히팅 케이블(350)의 전원 공급의 온/오프를 제어하고, 전원부(340)는 정션 박스(300)의 구동을 위한 전원을 공급한다.
상기 정션 박스(300)는 도 5와 같이 소정 위치의 배관(400)에 고정된다.
상기 배관(400)들은 다양한 위치 및 환경 조건이 다른 위치에 각각 설치되거나 연결되어 설치될 수 있다. 예를 들어, 기온 차이가 심한 지역, 북향, 남향, 실내, 실외, 지하 등에 설치될 수 있고, 배관 내에는 다양한 종류의 기체 또는 액체 등의 유체가 흐를 수 있다.
상기 배관(400)을 일정한 온도로 유지하기 위해서는 도 5와 같이 배관(400)의 본체 외주 면에 히팅 케이블(450)이 배설되고, 상기 히팅 케이블(450)과 배관(400)을 감싸는 보온재(401)가 피복된다.
상기 히팅 케이블(450)은 배관(400)의 온도가 일정 온도 이하로 내려가면 발열되어 배관의 온도를 일정하게 유지하도록 하는 작용을 한다. 상기 히팅 케이블에 전원을 공급하여 발열을 제어는 것은, 이어서 설명되는 온도 측정부(380)의 온도 감지신호를 정션 박스의 무선 모듈(120)을 통하여 로컬 서버(200) 또는 중앙 서버(100)로 송신하면 로컬 서버 또는 중앙 서버로부터 그 신호에 기초한 명령 신호를 받아 제어된다. 상기 히팅 케이블(450)의 전력 공급제어는 중앙 서버(100) 또는 로컬 서버(200)의 명령 제어 신호에 따라 정션 박스의 전력제어부(390)에서 각 배관의 구간별로 실행하거나, 로컬 서버(200) 또는 중앙 서버(100)에서 다이렉트로 실행할 수 있다.
본 발명의 온도 측정부(380)는 도 5 및 도 6과 같이 상기 보온재(401)와 상기 배관 본체 사이에 배치되어 상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되는 제1 온도감지 센서(381)와, 상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되어 그 정션 박스 주위의 외기 온도를 측정하는 제2 온도감지 센서(383)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 도 5 및 도 6에서는 제1 온도감지 센서(381)와, 제2 온도감지 센서(383)가 1조로 구성된 예를 예시하고 있으나, 예를 들어 5m 간격마다 배치하여 각 정션 박스에 복수 조를 구성하여도 된다.
특히, 본 발명의 제어시스템을 구성하는 중앙 서버(100)는 보온재(401)가 피복된 배관(400)의 온도제어 범위(한 예로 10-20℃)를 특정할 수 있도록 제어하고,
신호 및 데이터 처리부(130)에서는 상기 온도제어 범위에 대응하여 상기 히팅 케이블의 정격 발열량(Qs)으로부터 상기 보온재가 피복된 배관의 열손실(Qi)을 감산하여 얻어지는 이론 유효 발열량(Qp)에 도달하는 시간을 연산하여 데이터화 하고, 상기 제1 온도감지 센서(381)가 감지한 온도에서 상기 히팅 케이블의 실측 유효 발열량에 도달하는 시간과 상기 데이터화된 이론 유효 발열량에 도달하는 시간을 비교 연산하여 그 시간 편차에 따라 상기 보온재가 피복된 배관의 보온 효율을 측정할 수 있도록 제어하여 제1 온도감지 센서(381)가 감지한 온도와 그 온도에 대응하는 배관(400)의 보온 효율을 동시에 출력할 수 있도록 한다.
상기 이론 유효 발열량(Qp)은 보온재가 피복된 배관(400)을 소정 온도로 올리데 필요한 히팅 케이블(450)의 총 발열량을 의미하는 것으로 히팅 케이블(450)의 정격 발열량(Qs)에서 배관의 특성 및 보온재의 특성에 따른 열손실(Qi)을 감산하여 얻을 수 있다.
보온재가 피복된 배관(400)의 열손실은 수식(1) 즉, Qi = 2π*K2*L*(Ti-To)/(ln(r3/r2)에 대입하여 구할 수 있다.
상기 수식(1)에 있어서, K2는 보온재(401)의 고유 열전도율, L은 보온재가 피복된 배관(400)의 길이, Ti는 제1 온도감지 센서(381)의 감지 온도, To는 제2 온도감지 센서(383)의 감지 온도, r3는 보온재의 외경, r2는 배관의 외경을 나타내고, 보온재와 배관은 각각 동일 재질 및 동일 두께를 갖는 것으로 가정한다,
한 예로 히팅 케이블(450)의 발열량(Qs)은 10(W/m), K2는 0.096(W/m℃), L은 1m, Ti는 5℃, To는 0℃, r3는 0.267m, r2는 0.137m라고 가정하면
열손실 Qi = 2*3.13*0.096*1*5/ln(0.267/0.137)이므로 4.518(W/m)가 된다.
상기 결과에 따라 이론 유효 발열량(Qp)은 히팅 케이블(450)의 발열량(Qs) 10(W/m)에서 열손실(Qi) 4.518(W/m)를 감산하면 약 5.482(W/m)가 된다.
상기 수식(1)을 적용하여 제2 온도감지 센서(383)의 감지 온도에 각각 대응하는 이론 유효 발열량(Qp)을 연산하면 도 7과 같이 온도와 시간을 축으로 하여 그래프화할 수 있다.
한편, 중앙 서버의 신호 및 데이터 처리부(130)에서는 제1 온도감지 센서(381)가 감지한 온도에서 실측 유효 발열량(Qa)을 연산한다. 상기 실측 유효 발열량(Qa)은 보온재가 피복된 배관의 특정 온도를 기준으로 하여 제1 온도감지 센서(381)가 감지한 온도로 상승하는 시간 동안에 소모된 실측 히팅 케이블의 발열량으로 도 7과 같이 그래프화하여 이론 유효 발열량(Qp)과 비교할 수 있다.
도 7에서 알 수 있는 것처럼 제1 온도감지 센서(381)가 감지한 온도가 10℃라고 가장할 경우 이론 유효 발열량(Qp)과 실측 유효 발열량(Qa)에 도달하는 시간 차이를 이용하여 보온재가 피복된 배관의 보온 효율을 연산할 수 있고, 그 연산 결과에 따라 보온재가 피복된 배관(400)의 보온 효율을 제1 온도감지 센서(381)가 감지한 온도에 대응하여 동시에 출력할 수 있다. 도 7에 있어서 한 예로 60W/m의 규격을 갖는 히팅 케이블(450)을 적용할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템(500)의 동작은 도 8의 플로차트에 의하여 설명한다.
먼저, 로컬 서버(200) 및 중앙 서버(100)와 정션 박스(300)는 지그비 통신 또는 RF 통신 방식을 이용하는 무선 모듈을 개재하여 서로 링크된다(S100).
상기 서버 및 정션 박스에 전원이 인가되어 정상 작동하면, 중앙 서버(100)는 배관(400)이 정적 온도를 유지하도록 제어 온도의 폭(예를 들어 10-20℃)을 설정한다(S200). 상기 제어 온도의 폭은 배관의 보온 효율 및 배관을 흐르는 유체의 조류에 따라 각 정션 박스별로 다르게 설정할 수 있다.
이어서, 상기 제어 온도를 유지하도록 히팅 케이블(450)을 온(0n) 시킨다(S300). 상기 히팅 케이블의 온/오프 제어는 중앙 서버(10)의 신호 및 데이터 처리부(130)의 신호에 따라 정션 박스 및 로컬 서버 제어부(110)에 의하여 제어된다.
이어서, 정션 박스(300)와 연결된 제1 온도감지 센서(381)와, 제2 온도감지 센서(383)에 의하여 온도 측정(S400)이 이루어지고, 상기 측정된 온도 데이터는 신호 및 데이터 처리부(130)에 실시간으로 전송된다.
신호 및 데이터 처리부(130)는 각 정션 박스(300)로부터 수신된 온도 데이터와 수치가 정해져 미리 입력된 보온재(401)의 고유 열전도율, 보온재가 피복된 배관(400)의 길이, 보온재의 외경, 배관의 외경을 히팅 케이블(450)의 발열 용량을 이용하여, 제1온도 감지 센서(381)가 감지한 온도에 대응하는 히팅 케이블의 이론 유효 발열량(Qp)을 연산한다(S510).
단계 S510의 이론 유효 발열량(Qp)연산과 함께, 히팅 케이블(450)이 실재 소모하는 실측 유효 발열량(Qa)이 연산된다(S520).
신호 및 데이터 처리부(130)는 상기 축적되는 이론 유효 발열량(Qp)와 실측 유효 발열량(Qa)의 연산 결과를 근거로 제1온도 감지 센서(381)가 측정한 온도에 각각 대응하는 배관(400)의 보온 효율을 실시간으로 연산 측정한다(S600).
즉, 이론 유효 발열량(Qp)과 실측 유효 발열량(Qa)의 연산 결과를 이용하여 도 7에 나타낸 그래프와 같이 제1 온도감지 센서(381)가 감지한 온도에서 히팅 케이블의 실측 유효발열량에 도달하는 시간과 상기 이론 유효 발열량에 도달하는 시간을 비교 연산하여 그 시간 편차에 따라 보온재가 피복된 배관(400)의 보온 효율을 실시간으로 측정할 수 있다.
상기 보온재가 피복된 배관의 보온 효율은 제1온도 감지 센서(381)가 감지한 측정 온도와 함께 연동되어 표시부(150,250,350)를 통하여 출력되거나 디스플레이 된다(S700).
이어서, 중앙 서버(100)는 전송되어 온 제1 온도감지 센서(381)의 감지 온도가 배관의 보온 제어온도 범위를 벗어나 설정 온도보다 높은 가를 판단(S800)한다. 중앙 서버(100)가 설정 온도보다 높다고 판단한 경우에는 히팅 케이블450)의 전원을 오프(off)한다(S900),
본 발명에서는 중앙 서버 및 정션 박스의 제어신호에 따라 히팅 케이블(450)과 전원을 접속하는 장치를 도시하지 않았으나 공지의 자동 전원 온/오프 장치를 히팅 케이블에 접속하고, 중앙 서버 및 정션 박스의 제어신호에 따라 자동 전원 온/오프 장치를 제어할 수 있다.
반대로 제1 온도감지 센서(381)의 감지 온도가 배관의 보온 제어온도 범위를 벗어나 설정 온도보다 낮은 것으로 판단(S1000)되면 히팅 케이블450)을 온(On)으로 전환하여 배관의 온도가 적정하게 유지되도록 제어한다.
이상 본 발명의 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 예시된 실시예 및 도면 구조에 한정되는 것은 아니고, 본 발명에 관련된 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상 및 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것이다.
100 - 중앙 서버
120,220,320 - 무선 모듈
200 - 로컬 서버
300 - 정션 박스
380 - 온도 측정부
381 - 제1 온도감지 센서
383 - 제2 온도감지 센서
400 - 배관
401 - 보온재
450 - 히팅 케이블
500 - 제어시스템

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 무선 모듈을 개재하여 서버와 데이터 신호의 송수신이 가능하도록 링크되는 정션 박스와,
    배관과, 상기 배관 주위에 설치되는 히팅 케이블과,
    상기 히팅 케이블과 배관을 피복하는 보온재와,
    상기 보온재와 상기 배관 본체 사이에 배치되어 상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되는 제1 온도감지 센서와,
    상기 정션 박스와 유선 또는 무선으로 연결되어 그 정션 박스 주위의 외기 온도를 측정하는 제2 온도감지 센서와,
    상기 보온재로 피복된 배관이 소정 온도를 유지하도록 상기 히팅 케이블의 구동을 제어하는 히팅 케이블 제어부를 포함하고,
    상기 히팅 케이블의 구동시 상기 서버는 상기 제1 온도감지 센서가 감지한 온도에서 그 히팅 케이블의 이론 유효 발열량과 실측 유효 발열량에 각각 도달하는 시간 편차를 연산하여 상기 보온재가 피복된 배관의 보온 효율을 동시에 출력할 수 있도록 구성되고,
    상기 히팅 케이블의 이론 유효 발열량은 상기 히팅 케이블의 발열량으로부터 수식(1)에 근거한 상기 보온재가 피복된 배관의 열손실을 감산하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 히팅 케이블의 무선 보온 제어시스템.

    수식(1)
    Qi = 2π*K2*L*(Ti-To)/(ln(r3/r2)
    (여기서 Qi는 열손실, K2는 보온재의 고유 열전도율, L은 배관의 길이, Ti는 제1 온도감지 센서의 감지 온도, To는 제2 온도감지 센서의 감지 온도, r3는 보온재의 외경, r2는 배관의 외경임)
  5. 삭제
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