KR101657411B1 - 원격 버너 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

원격 버너 모니터링 시스템 및 방법 Download PDF

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제레미 글랜 임머
얀 자오
크리스토퍼 앨런 워드
리드 제이콥 헨더슛
알렉산더 게오르기 슬라베코브
토마스 데이비드 매튜 리
마이클 제이. 갤러거
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에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

본 발명의 원격 버너 모니터링 시스템은, 집적 센서를 각각 구비하는 하나 이상의 버너; 대응하는 버너의 센서로부터 데이터를 수신하고 종합하도록 각각의 버너에 대응하는 적어도 하나의 데이터 수집기와, 데이터를 송신하도록 각각의 데이터 수집기에 대응하는 적어도 하나의 로컬 송신기; 상기 하나 이상의 버너에 대응하는 로컬 송신기로부터 데이터를 수신하도록 구성 및 프로그래밍된 데이터 센터; 상기 데이터의 적어도 일부를 저장하고, 상기 데이터를 디스플레이 형식으로 변환시키고 유선 네트워크, 무선 네트워크 및 와이-파이 네트워크 중 적어도 하나를 포함하는 네트워크를 통한 데이터와 디스플레이 형식의 수신 및 송신을 가능하게 하는 연결성을 제공하도록 구성 및 프로그래밍된 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

원격 버너 모니터링 시스템 및 방법{REMOTE BURNER MONITORING SYSTEM AND METHOD}
본 출원은, 버너의 작동을 원격으로 모니터링 가능하게 하기 위해 집적 센서와 데이터 수집 및 전송 장치를 갖는 버너를 포함하는 연소 시스템에 관한 것이다.
버너는 모든 종류의 산업용 노(furnace)에 연소 열을 제공하는데 사용되므로 속성상 가혹한 환경에서 작동한다. 흔히, 버너의 성능을 평가하는 유일한 방법은 열, 먼지 및 진동이 만연한 노에 있는 특정 부분의 계측기와 다른(때로 임시로 설치된) 센서를 모니터링하는 것이다. 종래 기술에서는 버너에 설치된 센서를 기초로 원격 데이터 모니터링 및 경보를 제공하기 위해 소정의 시도들이 행해져 왔다. 그러나 이들 중 어떤 것도, 버너의 동작을 국부적으로(즉, 공장 내에 있지만 버너로부터 이격되게) 및 소정의 거리로부터(예, 인터넷을 통해) 원격으로 실시간으로 모니터링 가능하게 하는 통합된 무선 방식을 채용하고 있지 않다.
버너의 파라미터들을 측정하여 버너의 성능을 모니터링 가능하게 하고 고장 또는 가동 정지가 생기기 이전에 버너의 동작 상의 변화를 감지하는 것에 의해 예측 유지보수를 지원하도록 계기를 갖춘 버너의 원격 모니터링 시스템을 개시한다. 같은 이유로 노의 파라미터들도 모니터링될 수 있다. 버너 계기 장치는, 예컨대 본 출원과 동시에 출원되고 참조로 여기에 그 전체 내용이 포함된 "Oil Burner with Monitoring"이란 제하의 공동 소유의 특허 출원과 "Burner with Monitoring"이란 제하의 공동 소유의 가특허 출원에 기술된 바와 같이 버너와 합체된다. 이러한 계기 장치는 가스 연료, 액체 연료 및 고체 연료 중 하나 이상을 사용하는 버너를 포함하고 그리고 비-스테이지(non-staged) 버너, 연료-스테이지(fuel-staged) 버너, 산화제-스테이지 버너 및 연료와 산화제 모두가 스테이징되는 버너를 포함하는 임의의 버너에 합체될 수 있다. 각각의 종류의 버너마다 센서의 종류, 위치 및 수량이 해당 특정 버너에 가장 관련된 동작 모드 및 파라미터에 대응하도록 맞춰질 수 있는 것으로 이해된다.
얻어지는 데이터는 하나 또는 복수의 버너로부터의 데이터가 재송신될 수 있는 수신 데이터 센터와 같은 중심 위치로 무선으로 송신된다. 시설의 레이아웃에 의존하여, 각각의 데이터 센터에 개별적으로 인접하게 위치된 버너로부터 데이터를 수신하기 위해 2개 이상의 데이터 센터를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 데이터는 유지보수의 요구 또는 최적의 가능성을 위한 버너의 동작의 모니터링, 트렌딩(trending), 경보 등을 포함하는 임의의 목적으로 사용될 수 있다. 데이터는 예컨대 오퍼레이터에 의해 수동으로 관찰되거나 오퍼레이터에 이상 성능 또는 최적이 아닌 성능을 통보할 수 있는 소프트웨어를 통할 수 있는 형태로 제공된다. 이러한 정보는 스크린 경보, 이메일, 문자 메시지 또는 다른 수단의 형태로 제공될 수 있다.
수신 데이터 센터는 하나 또는 복수의 버너로부터 데이터를 종합하여 인터넷, 인트라넷, 근거리 네트워크(LAN) 및 광역 네트워크(WAN)와 같은 네트워크를 통해 해당 데이터를 재송신할 수 있다. 데이터 센터는 웹 페이지 또는 모바일 기기 앱과 같이 인증된 사용자에 접근할 수 있는 포맷으로 데이터를 서브하는 서버를 포함할 수 있다. 대안으로, 네트워크를 통해 사용자에게 직접 또는 간접적으로 데이터를 제공하기 위해 네트워크 기반의 클라우드 서버가 사용될 수 있다. 또한, 대안으로, 데이터 센터는 인증된 사용자가 버너 또는 연료와 산화제 유동과 같은 버너로의 입력을 제공하는 위치를 포함하는 데이터 센터의 주변 내의 임의의 위치로부터 데이터에 액세스할 수 있도록 제한된 접속 WiFi 또는 블루투스를 통해 데이터를 제공할 수 있다. 데이터 센터는 추후의 검색을 위해 데이터를 로컬에 보관하거나 클라우드 기반의 원격 데이터 리포지토리에 보관할 수 있는 능력을 가질 수 있다. 또한, 하나 또는 복수의 버너로부터의 데이터의 트렌드를 모니터링하거나 및/또는 버너 간의 비교 또는 공지의 최적인 조건에 대한 비교를 제공하는 것과 같은 다양한 특성을 수행하기 위해 데이터 센터에서 로컬로 또는 클라우드 기반의 서버 상에서 소프트웨어가 구동될 수 있다. 버너로부터의 데이터는 노와 버너의 동작 파라미터를 안전하거나 제어되는 한계 내에 유지하고 열속(heat flux)과 화염 길이를 제한 없이 포함하는 로컬 화염 특성을 사용자 설정 값으로 자동으로 조정하고 그리고 버너 노즐 또는 블록 과열이나 화염 불안정성을 제한 없이 포함하는 경고 신호에 신속 반응하기 위해 노(furnace) 및 버너의 동작을 폐쇄 루프 또는 개방 루프 방식으로 제어하는 데에도 사용될 수 있다.
제1 양태에 따른 원격 버너 모니터링 시스템은: 집적 센서를 포함하는 하나 이상의 버너; 대응하는 버너의 센서로부터 데이터를 수신하고 종합하도록 각각의 버너에 대응하는 적어도 하나의 데이터 수집기와, 데이터를 송신하도록 각각의 데이터 수집기에 대응하는 적어도 하나의 로컬 송신기; 상기 하나 이상의 버너에 대응하는 로컬 송신기로부터 데이터를 수신하도록 구성 및 프로그래밍된 데이터 센터; 상기 데이터의 적어도 일부를 저장하고, 상기 데이터를 디스플레이 형식으로 변환시키고, 유선 네트워크, 무선 네트워크 및 와이-파이 네트워크 중 적어도 하나를 포함하는 네트워크를 통한 데이터와 디스플레이 형식의 수신 및 송신을 가능하게 하는 연결성을 제공하도록 구성 및 프로그래밍된 서버를 포함한다.
제1 양태에 따른 제2 양태의 시스템은, 네트워크에 대해 데이터를 송신 및 수신하도록 구성 및 프로그래밍된 컴퓨터를 더 포함한다.
제1 또는 제2 양태에 따른 제3 양태의 시스템에서, 상기 데이터 센터는 상기 데이터를 수신하는 데이터 수신기와, 상기 데이터의 적어도 일부를 저장하는 서버와, 데이터의 네트워크 수신 및 송신을 가능하게 하는 연결성을 제공하는 라우터 중 하나 이상을 포함한다.
제1 내지 제3 양태 중 어느 한 양태에 따른 제4 양태의 시스템에서, 상기 각각의 버너의 데이터 수집기는 상기 버너의 집적 센서 각각에 정확한 전압을 제공하도록 프로그래밍된다.
제1 내지 제4 양태 중 어느 한 양태에 따른 제5 양태의 시스템에서, 상기 각각의 버너의 데이터 수집기는, 데이터를 수집해야 하는 경우에만, 감지된 데이터와 주기적 스케줄의 조합 중 하나 또는 양자 모두를 기초로, 그리고 개별 센서 각각의 특정 요건을 고려하여 개별 센서에 전력을 제공하도록 프로그래밍된다.
제1 내지 제5 양태 중 어느 한 양태에 따른 제6 양태의 시스템에서, 상기 각각의 버너에 대응하는 로컬 송신기는 버너와 수신자 서버 간의 거리와 신호 경로에 의해 요구되는 바에 따라 수신자 서버에 직접 또는 하나 이상의 와이-파이 중계기를 통해 간접적으로 데이터를 무선 송신한다.
제1 내지 제6 양태 중 어느 한 양태에 따른 제7 양태의 시스템에서, 상기 디스플레이 형식은 인터넷 웹 페이지 형식과 모바일 기기 앱 형식으로 이루어진 그룹 중에서 선택된다.
제1 내지 제7 양태 중 어느 한 양태에 따른 제8 양태의 시스템에서, 각각의 버너에 대응하는 상기 데이터 수집기는 현장 에너지 획득(local energy harvesting)에 의해 전력 공급된다.
제1 내지 제8 양태 중 어느 한 양태에 따른 제9 양태의 시스템에서, 상기 버너 중 적어도 하나는 공기, 산소-부화(enriched) 공기, 산업적인 등급의 산소, 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 산화제를 사용한다.
제9 양태에 따른 제10 양태의 시스템에서, 상기 버너 중 적어도 하나는 기체 연료, 액체 연료, 고체 연료 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 연료를 연소하도록 구성된다.
제9 또는 제10 양태에 따른 제11 양태의 시스템에서, 상기 버너 중 적어도 하나는 스테이지 연소를 수행하도록 구성된다.
제1 내지 제11 양태 중 어느 한 양태에 따른 제12 양태의 시스템에서, 상기 서버는 상기 데이터 센터와 통합된다.
제1 내지 제11 양태 중 어느 한 양태에 따른 제13 양태의 시스템에서, 상기 서버는 클라우드 내에 위치된다.
제14 양태에 따른 하나 이상의 버너의 동작 모니터링 방법은: 각각의 버너에서의 동작 데이터를 감지하는 단계; 상기 버너 각각에서 데이터를 현장 수집하는 단계; 수집된 데이터를 상기 버너 각각으로부터 데이터 센터로 송신하는 단계; 상기 데이터를 디스플레이 형식으로 변환시키는 단계; 상기 디스플레이 형식을 유선 네트워크, 무선 네트워크 및 와이-파이 네트워크 중 적어도 하나를 포함하는 네트워크를 통해 송신하는 단계를 포함한다.
제14 양태에 따른 제15 양태의 방법에서, 데이터를 디스플레이 형식으로 변환하는 단계는 인터넷 웹 페이지 형식과 모바일 기기 앱 형식 중 하나 이상의 형식으로 제공하는 단계를 포함한다.
제14 또는 제15 양태에 따른 제16 양태의 방법은 데이터 센터로부터 네트워크를 통해 클라우드로 수집된 데이터를 송신하는 단계; 수집된 데이터를 원격 데이터 리포지토리 내에 저장하는 단계; 상기 원격 데이터 리포지토리에 저장된 상기 수집된 데이터에 상기 네트워크를 통해 액세스 가능하도록 하는 단계를 더 포함한다.
제14 내지 제16 양태 중 어느 한 양태에 따른 제17 양태의 방법은: 상기 버너 중 하나에 대응하는 수집된 데이터의 통계적 분석을 수행하고, 상기 버너 중 2개 이상의 버너 사이의 수집된 데이터의 비교 분석을 수행하고, 경고 설정 값을 미리 정하도록 상기 버너 중 하나 이상의 버너에 대한 수집된 데이터를 비교하고, 경고를 발생시키고, 그리고 이들 단계들의 조합을 포함하여, 상기 수집된 데이터를 분석하는 단계를 더 포함한다.
제14 내지 제17 양태 중 어느 한 양태에 따른 제18 양태의 방법은: 상기 수집된 데이터와 해당 수집된 데이터의 분석을 기초로 상기 하나 이상의 버너의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 동작 제어 단계는 버너 동작 파라미터를 미리 정한 한계 내에 유지하고 부분적 화염 특성을 조정하고 불리한 버너 상태에 신속하게 응답하는 것 중 하나 이상을 포함한다.
제18 양태에 따른 제19 양태의 방법에서, 상기 부분적 화염 특성은 열속과 화염 길이 중 하나 이상을 포함한다.
제18 양태에 따른 제20 양태의 방법에서, 상기 불리한 버너 상태는 버너 부품의 상승된 온도, 노 부품의 상승된 온도 및 화염 불안정성 중 하나 이상을 포함한다.
발명의 기타 양태에 대해서는, 이하에서 설명한다.
도 1은 버너 상의 다양한 센서로부터 수집되는 데이터의 수집, 송신 및 분석을 위한 통신 시스템의 부품들을 개략적으로 예시한다.
도 2는 버너 상의 다양한 센서로부터의 데이터의 개략적인 흐름, 분석 및 사용을 나타내는 데이터 흐름도이다.
도 3a는 버너 블록 내로의 삽입을 위한 모니터링을 포함하는 예시적인 버너의 후방 사시도이다.
도 3b는 버너 블록 내로 삽입되는, 도 3a에서와 같은 모니터링을 포함하는 예시적인 버너의 후방 사시도이다.
도 4는 버너 블록 내로 삽입되는, 도 3a의 버너와 유사하지만 모니터링 능력을 갖추지 않은 예시적인 버너의 전방 사시도이다.
도 5는 버너 블록 내로 삽입되는, 모니터링을 포함하는 예시적인 버너의 단면도이다.
도 6은 로컬 배치된 데이터 수집기 및/또는 데이터 센터에 전력을 공급하기 위한 로컬 전력 발생 시스템의 부품을 개략적으로 보여준다.
산소-연료 버너는 통상 적어도 하나의 산화제 노즐에 산화제를 공급하는 적어도 하나의 산화제 통로와 적어도 하나의 연료 노즐에 연료를 공급하는 적어도 하나의 연료 통로를 포함한다. 추가로, 스테이지 산소-연료 버너에서, 연료와 산화제(예, 산소) 중 하나 또는 양자는 1차 스트림이 초기 연소에 참여하는 한편, 2차 스트림은 버너로부터 떨어진 지연된 연소에 참여하도록 스테이징된다. 예를 들면, 산화제 스테이징의 경우, 산화제는 1차 산화제 통로와 2차 산화제 통로 사이에서 비율에 맞게 공급되는데, 2차 산화제는 1차 산화제 노즐(들)과 연료 노즐(들)로부터 이격된 적어도 하나의 2차 산화제 노즐에 공급된다. 이러한 스테이징은 2개의 통로 사이의 하나의 유입 산화제 스트림에 비례하는 1차 및 2차 산화제 통로 상류의 스테이징 밸브에 의해 달성될 수 있다. 대안으로, 1차 및 2차 산화제 통로 각각으로의 흐름은 개별 제어 밸브에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 다른 버너의 경우, 연료는 1차 및 2차 스트림을 위한 스테이징 밸브 또는 개별 유동 제어를 사용하여 유사하게 스테이징될 수 있다. 또한, 일부 버너의 경우, 연료 및 산화제 모두가 스테이징될 수 있다.
그러므로, 한정되는 것은 아니지만 단독으로든 서로 조합으로든지 유입 연료 온도와 압력 및 조성 정보, 유입 산화제 압력, 노즐 팁 온도(연료, 1차 산화제, 2차 산화제), 여러 위치에서의 버너 및/또는 버너 블록면 온도, 노벽 온도, 스테이징 밸브 위치(연료 및/또는 산화제에 대한), 다양한 버너 부품의 상대 위치와 각도 및 분무 가스 압력(액체 연료 버너에서)을 포함하는 파라미터들을 감지하는 것에 의해 버너의 동작에 대한 중요한 정보가 모아질 수 있다.
버너는 집적 센서들을 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 예컨대, 온도, 압력 및 위치와 각도를 감지하는 집적 센서를 갖는 하나 이상의 버너는 데이터를 데이터 수신 센터로 다시 송신하고, 데이터 수신 센터는 해당 데이터를 사용, 평가, 분석, 경고, 또는 다른 처리 기능의 목적으로 현장에서 또는 원격으로 수집 및 재송신한다. 선택적으로, 데이터 수신 센터는 이상 작동 또는 바람직하지 않은 작동에 관해 사용자에게 경고를 제공할 수 있다. 경고는 문자 메시지, 이메일, 점멸광, 웹 페이지 표시기, 미리 기록된 메시지를 포함한 전화 호출, 또는 다른 메커니즘을 통해 행해질 수 있다.
예를 들면, 도 3a, 도 3b 및 도 5는 집적 센서, 전원 공급 기구, 통신 장비를 갖춘 스테이지 산소-오일 버너(10)의 실시예를 나타낸다. 산소-오일 버너는 여기서 모니터링 기능을 갖춘 버너의 예시적인 실시예로서 기술되지만, 특정 버너의 구성, 설계 및 작동 모드에 맞춰진 유사한 합체 센서와 함께 동일하거나 유사한 통신 장비 및 방법을 산화제를 함유한 기체 연료를 연소시키는 버너에 적용할 수 있다. 특히, 구체적으로 오일과 분무 가스 유입 압력과 같은 오일 연소에 관련된 파라미터를 제외하고 여기 설명된 모든 파라미터 및 센서가 기체 연료, 이송 기체 내의 고체 연료 또는 액체 연료를 포함하는 임의의 연료를 연소시키는 버너에 유사하게 적용할 수 있다.
전원 공급 기구는 설치를 용이하게 하고 유선 전력에 있을 수 있는 안전성의 문제를 피하기 위해 전지 또는 현장 발전기인 것이 바람직하다. 센서는 한정되는 것은 아니지만 온도 센서, 압력 센서, 위치 센서, 각도 센서, 접촉 센서, 자이로스코프, 음형 센서, 진동 센서, IR 또는 UV 센서, 가스 조성 센서, 가속도계 및 유동 센서를 임의의 조합으로 포함할 수 있다.
버너(10)는 방출단(51)과 유입단(19)을 포함한다. 설명의 편의를 위해, 방출단(51)은 때로 여기서는 버너(10)의 전방 방향으로 지칭되는 한편, 유입단(19)은 때로 버너(10)의 후방 방향으로 지칭된다. 버너(10)가 노 내에 설치될 때, 방출단(51)은 노의 내부에 면한다.
버너(10)는 버너 블록(12), 로에 대해 버너 블록(12)으로부터 후방으로 위치된 버너 본체(14), 버너 본체(14)에 대해 후방으로 위치된 계기 덮개(16)를 포함한다. 버너 본체(14)는 버너 블록(12)에 고정된 장착 플레이트(53)를 포함한다. 버너 블록(12)은 장착시 노 내에 면한 전방면(18)을 가진다.
버너 블록(12)은 1차 산화제 통로(30)를 포함한다. 1차 산화제 통로(30) 내에는 오일 랜스(lance)(20)가 위치되고, 오일 랜스는 방출단에 분무 노즐(22)을 구비한다. 분무 노즐(22)은 노즐(22)로부터 방출되는 분무된 연료 오일이 방출시 1차 산화제 스트림과 확실하게 혼합되도록 실질적으로 1차 산화제 통로(30)에 의해 둘러싸인다. 바람직하게는 오일 랜스(20)와 노즐(22)은 예컨대 용접에 의해 함께 결합되어 노즐을 구비한 단일체 랜스를 형성하는 개별 제작 부품이다. 설명된 실시예에서, 오일 랜스(20)는 1차 산화제 통로(30) 내에 실질적으로 중심에 배치되지만, 노즐(22)이 분무화된 오일을 연소를 위해 1차 산화제 스트림과 적절히 혼합되게 분배하도록 되어 있다면 중심이 아닌 위치에 위치될 수 있는 것으로 이해된다. 대안으로, 산소-가스 버너의 경우, 오일 랜스(20) 대신에 기체 연료 통로가 1차 산화제 통로(30) 내에 위치될 수 있다. 버너 블록(12)은 1차 산화제 통로(30)로부터 고정된 거리만큼 이격된 2차 산화제 통로(40)를 더 포함한다.
1차 산화제 통로(30)는 버너 본체(14) 내에 위치되고 버너 블록(14)의 후방부 내부로 연장되는 1차 산화제 도관(32)으로부터 산화제를 송급한다. 산화제는 한 쌍의 산화제 유입구(38)를 통해 산화제 플레넘(plenum)(36) 내로 송급되며, 산화제 플레넘에서 다시 1차 산화제 도관(32)으로 송급된다. 산화제 유입구(38)와 산화제 플레넘(36) 사이에는 1차 산화제 도관(32)로 진입하기 전에 1차 산화제 흐름을 정리하는 것을 돕기 위해 디퓨저(34)가 위치될 수 있다.
2차 산화제 통로(40)는 버너 본체(14) 내에 위치되고 버너 블록(14)의 후방부 내부로 연장되는 2차 산화제 도관(42)으로부터 산화제를 송급한다. 버너 본체(14) 내의 스테이징 밸브(48)는 산화제 유입구(38)에 의해 공급되는 산화제의 일부를 2차 산화제 도관(42) 내로 방향을 전환한다. "스테이징 비율"이란 용어는 2차 산화제 도관(42)으로 전용되어 1차 산화제 도관(32)으로부터 멀어지는 산화제의 비율을 설명하는데 사용된다. 예들 들면, 30%의 스테이징 비율의 경우, 산화제의 70%는 1차 산화제 스트림으로서 1차 산화제 도관(32)으로(따라서 1차 산화제 통로(30)로) 송급되며 산화제의 30%가 2차 산화제 스트림으로서 2차 산화제 도관(42)으로(따라서 2차 산화제 통로(40)로) 송급된다.
산화제 유입구(38)로 송급된 산화제 가스는 공기, 산소-부화 공기 및 산업적 등급의 산소를 포함하는 연소에 적합한 임의의 산화제 가스일 수 있다. 산화제는 바람직하게는 적어도 약 23%, 적어도 약 30%, 적어도 약 70% 또는 적어도 약 98%의 산소 분자(O2) 함량을 가진다.
오일 랜스(20)는 버너 본체(14)를 통해 후방으로 계기 덮개(16)를 관통 연장된다. 연료 오일은 오일 유입구(26)를 통해 오일 랜스(20)에 공급된다. 연료 오일의 점성에 기인하여, 통상적으로 분무 가스도 역시 분무 가스 유입구(28)를 통해 오일 랜스(20)로 공급하는 것이 필요하다. 분무 가스는 노즐(22)을 빠져나갈 때 연료 오일을 분무시킬 수 있는 공기, 산소-부화 공기 또는 산업적 등급의 산소를 포함하는 임의의 가스일 수 있다.
버너 부품의 온도를 모니터링하고 연료 유입 조건의 판정을 돕기 위해 다양한 온도 센서가 사용될 수 있다. 도 3a, 도 3b 및 도 5에 표현된 실시예에서는 오일 랜스(20)의 방출단에서의 온도를 측정하기 위해 오일 랜스(20) 내의 분무 노즐(22) 내에 온도 센서가 매립된다. 버너 무결성, 화염 안정성, 화염 위치와 같은 작동 파라미터를 모니터링하기 위해 버너의 다른 부품 상에 온도 센서가 배치될 수 있다. 예를 들면, 버너 블록(12) 내에서 전방면(18) 근처에 하나 이상의 온도 센서(110)가 설치될 수 있다. 온도 센서(110)는 노 환경으로부터 보호받기 위해 전방면(18)으로부터 살짝 뒤로 안착되는 것이 바람직하다. 온도 센서(110)는 1차 산화제 통로(30)에 대해 중심 배치되거나 단축 중심선으로부터 오프셋될 수 있고 화염이 버너 블록(12)에 영향을 미치고 있는지 여부 또는 화염이 오일 랜스(20) 또는 1차 산화제 통로(30)에 대해 중심 정렬되는지 여부를 판정하는데 사용될 수 있다. 온도 센서는 연소 상태를 모니터링하기 위해 버너에 인접한 노의 다른 위치에도 위치될 수 있다.
버너(10)로 공급되는 오일의 온도를 모니터링하기 위해 오일 유입구(26) 근처의 오일 스트림 내에 온도 센서(112)가 배치된다. 오일 스트림의 점성이 적절한 오일 분무화를 가능하게 함을 보장하는 것이 중요한데, 해당 점성은, 오일 조성 및 온도의 함수이다. 그러므로, 임의의 특정 오일 조성의 경우, 최적의 온도 범위가 분무화를 위해 결정될 수 있다.
표현된 실시예에서, 버너(10)에는 압력 센서도 설치된다. 압력 센서(114)는 오일 유입구(26) 근처의 오일 스트림 내에 위치된다. 압력 센서(114)는 온도 센서(112)와 동일한 밀봉 메커니즘(61) 내에 설치될 수 있으나, 압력 센서(114)는 다른 센서 포트(도시 생략)에 위치된다. 대안으로, 압력 센서(114)는 밀봉 메커니즘(61)과 기본적으로 동일한 구성을 갖는 별도 밀봉 메커니즘 내에 설치될 수 있다. 도 5의 실시예에서, 압력 센서(116)가 분무 가스 유입구(28) 근처의 분무 가스 스트림 내에 설치되고, 압력 센서(128)가 산화제 유입구(38) 중 하나의 유입구 근처 또는 스테이징 밸브(48)의 상류의 산소 플레넘(36) 내의 산화제 스트림 내에 설치된다. 원하는 경우, 버너 블록(12) 내의 산화제 통로(30, 40) 각각으로 공급되는 산화제의 압력을 탐지하기 위해 1차 산화제 도관(32)과 2차 산화제 도관(42) 각각에 개별 산화제 압력 센서가 설치될 수 있다. 압력 센서는 계기 덮개(16)의 내부 또는 외부에 위치될 수 있고, 전력 공급 및 신호 송신 모두를 위해 케이블에 의해 연결된다.
도시된 바와 같이, 계기 덮개(16)는 전지 포트(81)와 데이터의 무선 통신을 위한 안테나(83)를 포함한다.
임의의 송급 스트림을 모니터링하기 위해 다른 센서들을 설치하는데 있어 전술한 바와 유사한 구성이 사용될 수 있음에 유의한다.
오일 압력의 측정은 오일 랜스의 유동 저항(예, 코킹 또는 소정의 다른 막힘에 기인하여 감소된 유동 면적은 압력 상승을 유발할 것이다), 오일의 유량, 및 오일의 점성(온도와 조성의 함수)에 대한 정보를 제공할 수 있다. 오일 압력 정보는 오일 랜스의 유지보수 요구를 탐지함에 있어서 다른 정보(예, 오일 온도, 오일 유량, 버너 팁 온도, 데이터 트렌칭)와 결합시 더 유용해질 수 있다.
분무 산화제 압력의 측정도 역시 오일 유량 및 저항에 대한 정보를 제공하므로 오일 압력에 관한 것이지만, 통상 동일하지는 않아서 정보의 다른 요소를 제공한다. 이들 수단 모두는 오일 랜스 상의 계기 박스 내에 위치된다.
산소 압력 측정은 산소 유량, 유동 저항(즉, 생길 수 있는 막힘), 스테이징 밸브 위치에 대한 정보를 제공한다.
도 3a 및 도 3b에서 부분 절개된 상태로 도시된 계기 덮개(16)는 내부에 배치된 계기를 노 환경의 먼지와 열로부터 보호하기 위해 밀봉 및 단열된다. 계기 덮개는 노에서 받는 방사 열 에너지를 감소시키기 위해 버너(10)의 후방부(19) 측으로 위치된다. 계기 덮개(16)는 적어도 데이터 수집기(60), 전원 공급 기구, 데이터 수집기(60)로부터 현장 또는 원격 배치된 데이터 센터(200)(다수의 버너로부터 데이터를 수집 및 디스플레이하거나 디스플레이를 위해 데이터를 다른 곳으로 재송신함)로 데이터를 송신하기 위한 송신기(62)를 포함한다. 버너(10)의 수량 및 위치와 센서의 수량 및 종류에 따라, 버너(10) 당 2개 이상의 수집기(60) 및/또는 2개 이상의 송신기(62)가 필요하거나 및/또는 2개 이상의 데이터 센터(200)가 사용될 수 있다.
전원 공급 기구는 압력 센서, 데이터 수집기, 송신기, 임의의 다른 센서 및 전력을 필요로 하는 기구에 전력을 공급하기 위해 사용된다. 바람직하게는, 전원 공급 기구는 외부 전력을 계기 덮개에 유선 연결하여야 하는 것을 피하기 위해 현장 에너지 획득(harvesting) 또는 발전을 통해 충전되거나 충전되지 않을 수 있는 로컬 전지에 의해 전력 공급된다. 예를 들면, 현장 발전은 계기 덮개(16) 내의 센서와 다른 관련 장비를 지원하기에 충분한 전력을 발생시키기 위해 온도 구배, 질량 유동, 광, 유도, 또는 다른 수단을 이용하는 것을 포함할 수 있다.
전력은 현장 발전 시스템에 의해 데이터 수집기(60)에 공급될 수 있다. 도 6은 전력을 데이터 수집기(60)에 제공하는 예시적인 현장 발전 시스템(208)의 개략도이다. 표현된 실시예에서, 현장 발전 시스템(208)은 재충전 가능한 전지(206) 또는 슈퍼 캐패시터와 에너지 획득 기구(harvester)(204)를 포함한다. 재충전 가능한 전지(206)는 예를 들면 하나 이상의 리튬 이온 전지 등을 포함할 수 있다. 전지(206)의 충전 및 방전은 데이터 수집기(60), 전지(206) 및 에너지 획득 기구(204) 사이에 허브로서 위치된 전지 감시자(202)에 의해 제어된다. 전지 감시자(202)는 한정되는 것은 아니지만, 전지(206)와 에너지 획득 기구(204)를 출입하는 전력의 조절, 에너지 획득 기구(204)로부터 획득된 에너지 효율을 최대화하기 위한 최대 전력 포인트 트래킹, 전지(206)에 가용 에너지가 충분한 경우에만 데이터 수집기(60)가 작동 온 되도록 하는 것 중 하나 이상을 단독 또는 조합으로 포함하는 다양한 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 각각의 버너(10)에 위치된 개별 데이터 수집기(60)에 각각 전력을 공급하기 위해 여기 설명되는 바와 같은 현장 발전 시스템(208)들이 사용될 수 있으며, 그렇지 않으면 하나의 현장 발전 시스템이 하나 이상의 인접 데이터 수집기(60)에 전력을 공급할 수 있다. 이들 현장 발전 시스템은 낮은 사용 빈도 중에 전력을 저장하고 높은 사용 빈도 중에는 전력을 방출하도록 동작함으로써 에너지 획득 기구의 필요 용량을 최소화할 수 있다. 추가로, 유사한 현장 발전 시스템(208)을 사용하여 하나 이상의 데이터 센터(200)에 전력을 공급할 수 있다.
발전된 전력 관리는 한정된 전지 또는 현장 발전된 전력 공급에 대해 시스템의 장기간의 작동을 보장하는데 도움이 된다. 전력은 상이한 센서 각각에 정확한 필요 전압을 제공하도록 정밀하게 설정 가능한 맞춤형 무선 지능형 센서 노드(WIN)에 공급된다. 더욱이, WIN은 사용 중이 아닌 경우 지능적으로 개별 센서에 대한 전력 공급을 차단하고, 사용 중인 경우 센서로부터 데이터를 수집하고, 해당 데이터를 설정 가능한 시간 간격으로 송신한다. 시스템의 상태를 보여주고 경고도 제공하기 위해 표시광이 존재한다. 사용되는 경우에만 센서에 전력을 공급하는 것에 의해(예, 주기적 측정치를 획득하기 위해 미리 정해진 시간 로테이션으로), 전원 공급 기구로부터의 전력이 보존된다. 그러나, 한정되는 것은 아니지만 압력 센서를 포함하는 일부 센서는 전력 공급받은 직후에는 신뢰성 있는 데이터를 제공하지 않을 수 있으며 짧은 시간 동안 전력 공급받는 것에 대해 잘 응답하지 않을 수 있는 것으로 판정된 바 있다. 그러므로, 시스템은 전력 공급과 차단의 사이클을 각각의 센서의 작동 요건에 매칭시키기 위해 센서의 신중한 선택과 WIN의 특정 구성 모두를 필요로 한다.
데이터 수집기는 모든 센서로부터 신호를 수신하고, 송신기는 수집된 신호 데이터를 데이터 센터로 송신하고, 거기에서 사용자가 측정되는 다양한 파라미터의 상태를 볼 수 있거나 데이터 센터가 해당 데이터를 현장 또는 원격지 디스플레이로 볼 수 있게 송신한다. 데이터 센터(200)는 데이터 수집기(들)에 인접하게 위치될 수 있으며, 와이-파이 네트워크를 통해 데이터를 수신할 수 있다. 대안으로, 데이터 센터는 멀리 위치될 수 있고 무선 네트워크 또는 다른 네트워크를 통해 데이터를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 센터는 서버와 모든 부대 기능을 포함한다. 다른 실시예에서, 데이터 센터는 기본적으로 데이터 수집기와 센서의 네트워크와 WAN(예, 인터넷) 간의 브릿지일 수 있다. 예를 들면, 브릿지는 와이-파이 접속점 또는 무선 기지국일 수 있다.
표현된 실시예에서, 버너(10)는 스테이징 비율을 감지하기 위해 스테이징 밸브(48) 상에 회전 센서(124)를 포함한다. 회전 센서(124)는 한정되는 것은 아니지만 홀 효과형 센서, 가속도계형 센서, 전위차계, 광학 센서, 또는 회전 위치를 지시할 수 있는 임의의 다른 센서를 포함할 수 있다. 노 또는 버너 블록(12)에 대한 버너 본체(14)의 위치 및/또는 각도, 버너 본체(14) 또는 버너 블록(12)에 대한 랜스(20)의 위치 및/또는 각도, 랜스(20)의 삽입 깊이 및 버너(10)의 작동과 관련될 수 있는 임의의 다른 각도 또는 위치를 결정하기 위해 추가적인 위치 및 각도 센서가 사용될 수 있다.
예를 들면, 오일 랜스(20) 상의 위치 센서를 사용하여 정확한 삽입 깊이를 감지 및 확인할 수 있고 트래킹 성능을 위한 정보를 기록(log)할 수 있다. 버너가 적절히 설치되는 것을 보장하기 위해 버너(10) 상의 각도 센서를 사용할 수 있다. 이것은 버너 각도가 적절한 밀봉을 위해 장착 플레이트와 동일한 것을 보장하기 위한 것일 수 있다. 추가로, 버너를 수평에 대해 주어진 각도로 설치하는 것이 바람직할 수 있다. 버너와 장착 플레이트 간의 접촉 센서와 같은 다른 센서를 사용하여 버너가 장착 플레이트에 대해 적절하게 장착되는 것을 보장할 수 있다. 이러한 센서를 하나 이상(바람직하게는 적어도 2개) 사용하는 것에 의해, 버너는 개방되지 않고 실제 양측 센서(예, 상부 센서와 하부 센서, 또는 좌측 센서와 우측 센서 또는 사방 위치 모두)와 접촉되는 것을 보장하도록 자체의 설치를 확인할 수 있다.
추가의 외부 센서 또는 다른 신호가 데이터 센터(200)로의 송신을 위해 데이터 수집기(60)에 연결될 수 있게 하기 위해 오일 랜스(20), 버너 본체(14) 및/또는 버너 블록(12) 상에 추가의 연결 포트가 배치될 수 있다.
시스템의 일 실시예에서, 각각의 버너 본체(14)와 각각의 오일 랜스(20)는 고유한 식별자를 가진다. 이것은 오일 랜스가 버너 본체로부터 분리될 수 있고 다른 버너 본체로 스위칭될 수 있기 때문에 유용하다. 고유의 식별자를 버너 본체와 랜스상에 합체하는 것에 의해, 랜스와 함께 이동하는 계기 박스 내의 통신 장비는 데이터 보관 히스토리, 트렌드 분석 및 다른 이유로 어떤 버너 본체에 연결되는지를 식별할 수 있다. 이러한 식별자는 일종의 무선 송신기인 RFID, 바코드, 하나의 와이어 실리콘 시리얼 넘버, 고유의 레지스터, 코딩된 식별자 또는 임의의 다른 식별 수단일 수 있다.
버너와 그 부품의 다양한 온도, 압력 및 위치와, 유동 제어 스키드를 포함한 다른 관련 장비로부터의 송급 스트림(feed stream)과 입력을 개별적으로 그리고 조합하여 측정함으로써, 오퍼레이터가 요구될 경우에만 예방적 유지보수를 수행할 수 있게 하고 고비용의 예상치 못한 고장 또는 가동 중단을 방지할 수 있는 유용한 정보를 제공할 수 있다.
하나의 사용 실시예에서, 버너는 열전쌍, 압력 변환기, 밸브 회전 각도를 측정하는데 사용되는 전위차계로부터 데이터를 송신한다. 본 사용 실시예에서 추가로 또는 독립적으로 가속도계, 자기(magnetic) 센서, 광학 인코더, 근접 센서, IR 센서, 음향 센서, 카메라 및 비디오 기록 디바이스와 같은 다른 센서와 다른 다양한 공지된 측정 디바이스가 사용될 수 있다.
도 1은 버너 데이터를 취급하기 위한 예시적인 시스템의 개략도이며, 동일한 기능을 달성하기 위해 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어의 다양한 대안적인 조합들이 구성 및 조합될 수 있음을 알 수 있다. 노(70) 내에는 하나 이상의 버너(10)가 설치될 수 있고, 여기서 각각의 버너(10)는 전술한 바와 같은 계기 덮개(16)를 구비한다. 도 1의 개략도에서, 노(70) 내에 다수의 버너(10)가 설치된다. 각각의 계기 덮개(16)는 버너(10) 상의 센서 각각에 의해 생성된 데이터를 수집 및 종합하기 위한 데이터 수집기(60)와, 데이터 수집기(60)로부터 해당 데이터를 송신하기 위한 무선 송신기(62)와, 전원 공급 기구와 같은 다른 부품을 포함한다. 데이터 수집기(60)는 어플리케이션-특정 기능을 수행하기 위해 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어 중 하나 이상을 독립적으로 또는 조합하여 이용함으로써 프로그램화 가능하다.
예시적인 실시예에서, 각각의 버너(10)에서의 데이터 수집기(60)는 높은 수준으로 설정 가능한 무선 지능 센서 노드(WIN)를 사용하여 해당 버너(10)에 대한 데이터를 종합한다. 데이터 수집기(60)는 버너(10)와 관련된 다양한 센서에 전력을 공급하며, 3.2V~6V의 전지 전압을 예컨대 각각의 센서에 의해 요구되는 정확한 전압(예, 12V)으로 변환하도록 프로그래밍된다. 전지 전압은 교체 가능하거나 현장 발전에 의해 충전되는 근접 설치된 전지에 의해 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 센서는 각각의 센서의 출력 범위를 고려하도록 프로그램화 가능한 이득 증폭기를 갖춘 아날로그-디지털 변환기를 통해 판독되는 아날로그 출력 신호를 송신한다. 다른 실시예에서, 센서는 각각의 센서의 출력 범위를 기초로 조정되거나 조정될 수 있는 디지털 출력 신호를 송신한다.
데이터 수집기(60)는 시리얼 넘버와 같은 디지털 센서 또는 지시계를 판독할 수 있다. 내부 온도 센서는 주변 온도와 그에 따른 열전쌍의 냉접점 보상(cold junction compensation)의 모니터링을 허용한다. 내부 가속도계는 노드(및 그에 따라 노드가 부착되는 대상)의 자세가 측정되게 할 수 있다. 전지 수명을 최대화하기 위해 발전된 전력 관리가 이용된다. 특히, 데이터 수집기(60)는 감지된 조건의 조합 또는 정규 스케줄을 기초로 측정치가 얻어질 때 센서에 전력을 공급하도록 프로그래밍된다.
센서 측정치는 취득된 증폭기의 이득, 냉접점 보상, 및 임의의 다른 관련 요인을 고려하여 통합되며, 바람직하게는 무선 링크를 통해 데이터 수신/처리 센터(200)로 송신된다. 예시적인 실시예에서, 무선 링크는 물리적 계층 및 매체 액세스 제어(MAC)로서 2.4 GHz ISM 대역과 802.15.4 표준을 이용한다. 그러나, 작동 환경에 적합한 현재 공지되거나 추후에 개발될 임의의 다른 무선 링크가 사용될 수 있다. 프로토콜은 스타형 네트워크 토폴로지를 사용한다. 제한의 의도는 없이, 메쉬 네트워크 토폴로지를 포함하여 대안적인 주파수와 프로토콜이 가능하다. 2.4 GHz 대역이 선택된 것은 그것이 전세계 ISM 대역인 반면 대부분의 다른 ISM 대역은 국가 특정이기 때문이다. 노드에 대한 무선 링크는 무선을 통한 노드의 설정을 허용하도록 양방향성이다. 데이터는 보안 목적으로 송신 전에 암호화될 수 있다. 데이터는 버너(10)와 데이터 센서(200) 간의 거리와 신호 경로에 따라 데이터 수집기(60)로부터 직접 데이터 센터(200)로 또는 간접적으로 하나 이상의 와이-파이 중계기를 통해 송신될 수 있다.
데이터 센터(200)는 개별 버너(10)로부터 데이터를 수신하도록 구성되며, 해당 데이터를 (제어실(50)이나 다른 장소에 위치될 수 있는) 제어 컴퓨터(52)에 제공하고 근거리 및 원거리 액세스를 위해 데이터, 정보 및 경고를 무선으로 송신하도록 구성될 수도 있다. 대안으로, 데이터는 데이터 센터(200)로부터 클라우드 기반의 서버로 송신될 수 있는데, 클라우드 기반 서버는 다시 인터넷이나 다른 네트워크를 통해 데이터를 서브하고 경고를 제공하고 임의의 다른 계산 기능을 수행할 수 있다. 데이터 센터(200)는 아래 기술되는 모든 필요 기능을 수행하도록 설정 및 프로그래밍된 단일 피스 하드웨어일 수 있다. 대안으로, 도 2에 나타낸 예시적인 실시예에서와 같이, 데이터 센터(200)는 원하는 기능을 수행하기 위해 서로 협력하는 여러 개의 부품을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 데이터 센터(200)는 개별 데이터 송신기(60)로부터 안테나(142)를 통해 데이터를 수신하도록 구성된 데이터 수신기 또는 게이트웨이(82)를 포함하고 데이터를 서버(84)로 송신한다. 추가의 대안적인 구성에서, 서버(84)는 클라우드에 원격으로 위치될 수 있다.
서버(84)는 바람직하게는 CPU, RAM, ROM 및 입력/출력 장치 및 분리 저장 장치에 대한 액세스를 포함한다. 서버(84)는 원하는 기능을 달성하도록 프로그래밍될 수 있는 특별히 프로그래밍된 범용 컴퓨터, 맞춤형 컴퓨터, 프로그래밍 가능한 로직 제어 또는 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어의 다른 조합일 수 있다. 서버(84)는 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합에 의해 프로그래밍되거나 구성될 수 있으며, 데이터를 현장에, 원격 서버 상에 또는 클라우드에 저장할 수 있다.
또한, 서버(84)에 의해 수행되는 임의의 계산 기능은 현장 또는 클라우드에 위치된 서버에 의해 수행될 수 있다. 여기서 사용되는 "클라우드"는 네트워크를 통해 작동되도록 설계된 배포된 계산 시스템을 포함하는 것으로 이해되며, 해당 시스템에서는 컴퓨터 어플리케이션(제한의 의도는 없이, 데이터 분석, 그래프화, 경고, 트렌딩, 데이터 세트의 비교를 포함)이 통신 네트워크를 통해 서버(84)와 데이터 센터(200)의 부품 중 나머지 부품에 연결된 원격 컴퓨터 또는 서버 상에서 수행될 수 있다. 네트워크는 인터넷, 인트라넷, 근거리 네트워크(LAN) 및 광대역 네트워크(WAN) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
서버(84)는 잠재적으로 다수의 버너로부터 데이터를 종합하며, 인터넷 웹 페이지와 같은 디스플레이 형식 또는 모바일 기기 앱 형식(예, iOS 또는 안드로이드) 또는 다른 기존의 또는 미래의 개발 인터페이스 프로토콜의 형태로, 특정 사용자 또는 사용자 그룹에 대한 데이터의 일부 또는 전부에 대한 액세스를 제한하는데 사용될 수 있는 적절한 보안 메시지와 함께, 현장 및/또는 원격 사용자에게 데이터를 올리도록 구성된다.
대안으로, 전술한 바와 같이, 서버(84)의 기능은 클라우드 기반의 서버에 의해 단독으로 또는 로컬 서버와 조합으로 수행될 수 있으며, 클라우드 기반의 서버는 한정되는 것은 아니지만 디바이스가 데이터, 경고, 트렌딩 히스토리, 및 데이터의 처리로부터 직간접적으로 얻어지는 다른 정보를 디스플레이할 수 있게 하는 웹 페이지 형식, 모바일 디바이스 앱 형식 또는 다른 형식으로 데이터를 올리는 것을 포함하여 계산 기능의 일부 또는 전부를 수행한다. 아래에 더 논의되는 바와 같이, 클라우드 기반의 서버는 로컬 서버에 비해 더 강력한 클라우드 기반의 서버가 계산적으로 집중적인 분석을 수행하고 네트워크 접속되는 어디에서도 액세스될 수 있는 대량의 히스토리 및 비교 데이터와 분석을 저장할 수 있도록 하는 것으로부터 효율 상의 이득과 비용 효율성을 포함하는 장점을 제공할 수 있다.
서버(84)는 로컬 데이터 송신 및 네트워크 연결성을 제공하는 데이터 송신용의 이더넷 스위치 또는 라우터(86) 또는 시리얼 디바이스 또는 다른 디바이스를 통해 데이터를 통과시키는 것은 물론 데이터를 기록하도록 구성될 수 있다. 이더넷 스위치(86)에 연결된 모뎀(88)은 데이터를 원격으로 송신한다. 예시적인 실시예에서, 모뎀(88)은 무선 안테나(56)를 통해 무선 네트워크로 그리고 와이-파이 안테나(54)를 통해 와이-파이 네트워크로 데이터를 송신하도록 구성된다. 그러나, 2개의 개별 유닛인 무선 모뎀과 와이-파이 라우터가 모뎀(88) 대신에 이더넷 스위치(86)에 개별적으로 연결될 수 있는 것으로 이해된다. 대안으로, 와이-파이 라우터는 이더넷 스위치(86)에 통합될 수 있다. 디스플레이 형식은 라우터(86)와 조합된 모뎀(88)을 통해 또는 이와 달리 모뎀/라우터 조합을 통한 유선 이더넷, 와이-파이 및 무선 송신 중 하나 이상을 이용하여 송신된다. 대안으로 또는 추가로, 디스플레이 형식은 클라우드 기반의 서버로부터 인터넷 또는 다른 네트워크를 통해 송신될 수 있다. 외부 전력의 순간 손실의 발생시 데이터 센터(200)의 기능을 유지하기 위해 무정전 전원 공급 기구(UPS)(89)가 제공될 수 있다. 전술한 바와 같이, 외부 전력은 도 6에 도시된 바와 같은 현장 발전 시스템에 의해 데이터 센터(200)에 공급될 수 있다.
컴퓨터(52)는 이더넷 유선 또는 무선 연결을 통해 데이터 센터(200)에 연결될 수도 있다. 컴퓨터(52)는 CPU, RAM, ROM, 디스플레이, 입/출력 장치, 그리고 분리식 저장 장치용 접속 포트를 포함하는 것이 바람직하다. 컴퓨터(52)는 특수 프로그래밍된 범용 컴퓨터, 맞춤형 컴퓨터, 프로그래밍 가능한 로직 제어, 또는 원하는 기능을 달성하기 위해 프로그래밍될 수 있는 하드웨어, 펌웨어, 그리고 소프트웨어의 조합이 될 수도 있다. 컴퓨터(52)는 서버(84)의 로컬 데이터 일람 및/또는 구성을 위해, 그리고 데이터 센터(200)의 다른 구성요소를 위해 오퍼레이터에 의해 사용될 수도 있다.
선택적으로, 로컬 컴퓨터 및 프로그램을 갖추는 대신에 클라우드 컴퓨팅이 동일한 목적에 맞도록 사용될 수 있다. 클라우드 컴퓨팅은 원격 사이트, 예컨대 고객 시설에서 소프트웨어 및 관련 하드웨어의 유지보수를 용이하게 할 수 있다. 클라우드 컴퓨팅은 또한 데이터에 대한 계산 집약적인 라이브 통계 분석이 수행될 수 있게 하고, 분석 결과가 클라우트 컴퓨터(들)에 호스팅된 웹 애플리케이션에 통합될 수 있게 한다. 그와 같은 계산 집약적인 분석은 엄청난 비용을 들여 개별 고객 사이트에서 수많은 분산 컴퓨터 시스템에 대해 수행될 수 있지만, 클라우드 컴퓨팅을 사용하여 매우 비용 효과적으로 될 수 있다.
전술한 예는 구체적인 장비와 구성을 열거하고 있지만, 도 2(후술함)에 도시된 동일한 테이터 흐름을 달성하기 위해 다양한 상호 교환 가능하거나 비교 가능한 방법과 장비를 사용하여 시스템이 구축될 수 있다.
일단 버너 데이터가 수집되면, 이 데이터는 여러 가지 방식 중의 어느 하나로 감시될 수 있다. 전술한 바와 같이, 컴퓨터(52)는 서버(84)에 추가되거나 분리되어 현재 데이터, 데이터 트렌드, 다운로드 히스토리 데이터(이들 전부는 로컬 컴퓨터, 클라우드, 또는 일부의 다른 원격 로케이션에 저장될 수 있음)를 보는 사용자에게 인터넷 웹 페이지 형식 또는 모바일 기기 애플리케이션 형식과 같은 디스플레이 형식으로 데이터를 제공하도록, 그리고 경고를 구성하고, 언어(예컨대 영어, 중국어, 또는 기타 원하는 언어)를 선택하고, 내부 시스템 상태 정보를 수집하고(예컨대 구성요소와 통신 손실 또는 내부 구성요소 고장을 나타내고), 다른 기본적인 유지보수 단계를 수행하도록 구성 및 프로그래밍될 수도 있다. 이들 요청 전부는 데이터 센터(200)를 통해 처리된다.
도 2는 버너에 의해 감지된 데이터를 처리해서 그 데이터뿐만 아니라 근거리 또는 원거리 위치에서 원격으로 접속 가능한 어떤 분석 결과와 경고를 생성하는 프로세스(100)을 위한 바람직한 프로세스 흐름도이다. 단계(105)에 도시된 바와 같이, 설치된 버너(10) 각각은 자신의 다양한 센서로부터 데이터를 수집한다. 단계(110)에서, 각 버너(10)를 위한 데이터는 버너에 또는 버너 근처에 위치한 데이터 수집기(60)에 의해 수집된다. 단계(115)에서, 그 데이터는 무선 송신기(62)를 통해 데이터 수집기(60)로부터 데이터 센터(200)로 송신된다. 선택적으로, 유선 통신 수단에 의해 송신이 이루어질 수도 있지만, 현재 존재하든 미래에 개발되든 그러한 목적을 위해 이용 가능한 어떤 기술을 통해 무선으로 이루어지는 것이 바람직하다.
단계(120)에서, 데이터는 데이터 센터(200) 내부의 데이터 수신기(82)에 의해 다양한 버너(10)로부터 수신된다. 단계(125)에서, 데이터 센터(200) 내부의 서버(84)는 데이터를 수집하고, 원하는 분석을 행한다. 예를 들면, 서버(84)는 현재의 데이터 값을 경고 또는 경계 문턱값과 비교해서 경계가 요구되거나 필요한 지를 판단하고, 또한 이론적이고 실험적인 데이터 베이스에 대해 센서 테이터의 조합을 분석해서 유지보수가 필요한 지 또는 관심을 필요로 하는 다른 조건이 존재하는지 여부를 판단한다. 선택적으로 전술한 바와 같이, 그러한 분석과 경고 판단은 클라우드 컴퓨팅 시스템에 의해 수행될 수도 있다.
단계(130)에서, 수집된 데이터는 어떤 분석 결과와 함께 경고 발령 시스템으로 송신된다. 단계(135)에서, 휴대형 장치, 태블릿, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 근거리 위치에 있는 장치는 와이-파이 안테나(54)로부터 무선 신호를 수신한다. 근거리 장치는 현재 데이터와 트렌드, 히스토리 데이터와 트렌드, 그리고 분석 결과를 표시할 수 있고, 비정상 또는 원하지 않는 작동 상태가 검출되면 오퍼레이터 등에게 적절한 경고를 제공할 수 있다. 선택적으로, 순차적으로, 또는 거의 동시에, 휴대형 장치, 태블릿, 컴퓨터 등과 같은 원격 위치에 있는 장치는 인터넷에 접속하도록 구성된 어떤 다른 유선 또는 무선 시스템을 통해 또는 직접 무선 신호를 수신한다. 유사하게 원격 장치는 현재 데이터와 트렌드, 히스토리 데이터와 트렌드, 그리고 분석 결과를 표시할 수 있고, 비정상 또는 원하지 않는 작동 상태가 검출되면 오퍼레이터 등에게 적절한 경고를 제공할 수 있다.
하나 이상의 버너(10)의 비정상 또는 최적 미달 성능을 검출하기 위해 다양한 방법이 사용될 수도 있다. 제어 차트(control charts), 제어 리미트(control limits), 서양 전기 규칙(Western Electric rules), 주된 구성요소 또는 "정상" 데이터에 대한 부분 최소 제곱에 기초한 방법, 또는 기타 다른 표준 결함 검출 방법과 같은 많은 표준 제어 방법이 존재한다. 이 외에도 데이터 센터(200)는 버너들 사이의 비교를 제공할 수 있고, 그러한 비교에 기초한 경고를 설정할 수 있다. 데이터 센터(200)는 또한 미리 정해진 변환을 이용하여 변경된 형식으로 데이터를 제공하여 유량, 점화 속도(firing rates), 점성 추정치, 버너 화학양론치, 다른 형태의 계산 파라미터와 같은 계산값을 표시할 수 있다. 이들 계산과 비교에 사용된 리미트(limits)는 웹 페이지 또는 특별 주문 애플리케이션을 통해 수행될 수 있다. 웹 페이지 형식이 바람직한데, 왜냐하면 웹 페이지 형식은 크로스 플랫폼이고, 이에 따라 더 유연하고, 또 단순한 인터페이스 설계를 통해 많은 장치에서 데이터와 분석 결과를 사용자가 볼 수 있게 해주기 때문이다. 사용 중인 공통 데이터 저장과 데이터 송신 프로토콜(예컨대 SQL 데이터베이스와 관련 쿼리)은 더 풍부한 사용자 인터페이스를 위한 장치별 애플리케이션(예컨대 iOS 또는 Android 애플리케이션)과 인터페이싱하기 위해 사용될 수 있다.
버너와 관련한 경계(alerts) 외에도, 시스템은 또한 자신의 통신 상태와 관련된 정보를 전달할 수 있고, 전지의 잔류 수명에 대한 평가, 무선 신호 강도, 통신 오류, 센서 오작동, 다른 형태의 정보가 버너로부터 송신될 수 있고, 경고가 사용자에게 송신된다. 특히, 시스템은 다른 이벤트들 중에서, 센서 고장(예컨대 신호 손실로부터), 전지 고갈[예, 랜스(lance)와 통신 손실], 개별 케이블의 단절 또는 고장(예, 데이터 스트림에서 버너 ID의 손실), 인터넷 연결성의 손실에 대한 통지를 검출 및 제공하도록 구성될 수도 있다. 그러한 이벤트들 중의 어느 하나 또는 전부는 디스플레이 인터페이스의 상태 페이지 상에 표시될 수 있다.
또한 시스템은 비정상 및/또는 최적 미달 동작에 대해 사용자에게 경고 발령을 할 수 있다. 경고 발령은 버너, 흐름 제어 스키드, 또는 기타 다른 편리한 로케이션에서 제어실 내의 광 또는 가청 경고의 사용을 통한 방법을 포함하여 어떠한 표준 방법을 통해 이루어질 수 있다. 이 외에도 웹 페이지는 경고를 나타내기 위해 변경될 수 있거나, 시스템은 식별된 사용자에게 이메일 및/또는 문자 메시지를 송신할 수 있다.
본 발명은, 발명에 대한 일부 관점에 대한 예시로서 의도되어 있는 예들에 개시된 특정 관점 또는 실시형태에 의해 범위가 제한되지는 않고, 기능적으로 유사한 어떤 실시형태도 본 발명의 범위에 속한다. 본 명세서에 도시되거나 설명된 것 외에도 발명에 대한 다양한 변형예도 당업자에게 자명할 것이고 첨부한 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 되어 있다.

Claims (14)

  1. 원격 버너 모니터링 시스템으로서,
    집적 센서들을 각각 구비하는 하나 이상의 버너;
    대응하는 버너의 센서들로부터 데이터를 수신하고 종합(aggregate)하도록 각각의 버너에 대응하는 적어도 하나의 데이터 수집기와, 데이터를 송신하도록 각각의 데이터 수집기에 대응하는 적어도 하나의 로컬 송신기;
    상기 하나 이상의 버너에 대응하는 로컬 송신기로부터 데이터를 수신하도록 구성 및 프로그래밍된 데이터 센터;
    상기 데이터의 적어도 일부를 저장하고, 상기 데이터를 디스플레이 형식으로 변환시키고, 유선 네트워크, 무선 네트워크 및 와이-파이 네트워크 중 적어도 하나를 포함하는 네트워크를 통한 데이터와 디스플레이 형식의 수신 및 송신을 가능하게 하는 연결성(connectivity)을 제공하도록 구성 및 프로그래밍된 서버
    를 포함하고,
    상기 각각의 버너의 데이터 수집기는 상기 버너의 집적 센서들 각각에 정확한 전압을 제공하도록 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 원격 버너 모니터링 시스템.
  2. 원격 버너 모니터링 시스템으로서,
    집적 센서들을 각각 구비하는 하나 이상의 버너;
    대응하는 버너의 센서들로부터 데이터를 수신하고 종합(aggregate)하도록 각각의 버너에 대응하는 적어도 하나의 데이터 수집기와, 데이터를 송신하도록 각각의 데이터 수집기에 대응하는 적어도 하나의 로컬 송신기;
    상기 하나 이상의 버너에 대응하는 로컬 송신기로부터 데이터를 수신하도록 구성 및 프로그래밍된 데이터 센터;
    상기 데이터의 적어도 일부를 저장하고, 상기 데이터를 디스플레이 형식으로 변환시키고, 유선 네트워크, 무선 네트워크 및 와이-파이 네트워크 중 적어도 하나를 포함하는 네트워크를 통한 데이터와 디스플레이 형식의 수신 및 송신을 가능하게 하는 연결성(connectivity)을 제공하도록 구성 및 프로그래밍된 서버
    를 포함하고,
    상기 각각의 버너의 데이터 수집기는, 데이터를 수집해야 하는 경우에만, 감지된 데이터와 주기적 스케줄 중 어느 하나 또는 양쪽 모두의 조합을 기초로, 그리고 개별 센서 각각의 특정 요건을 고려하여 개별 센서에 전력을 제공하도록 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 원격 버너 모니터링 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각각의 버너에 대응하는 로컬 송신기는 버너와 수신자 서버 간의 거리와 신호 경로에 의해 요구되는 바에 따라 수신자 서버에 직접 또는 하나 이상의 와이-파이 중계기를 통해 간접적으로 데이터를 무선 송신하는 것을 특징으로 하는 원격 버너 모니터링 시스템.
  4. 원격 버너 모니터링 시스템으로서,
    집적 센서들을 각각 구비하는 하나 이상의 버너;
    대응하는 버너의 센서들로부터 데이터를 수신하고 종합(aggregate)하도록 각각의 버너에 대응하는 적어도 하나의 데이터 수집기와, 데이터를 송신하도록 각각의 데이터 수집기에 대응하는 적어도 하나의 로컬 송신기;
    상기 하나 이상의 버너에 대응하는 로컬 송신기로부터 데이터를 수신하도록 구성 및 프로그래밍된 데이터 센터;
    상기 데이터의 적어도 일부를 저장하고, 상기 데이터를 디스플레이 형식으로 변환시키고, 유선 네트워크, 무선 네트워크 및 와이-파이 네트워크 중 적어도 하나를 포함하는 네트워크를 통한 데이터와 디스플레이 형식의 수신 및 송신을 가능하게 하는 연결성(connectivity)을 제공하도록 구성 및 프로그래밍된 서버
    를 포함하고,
    각각의 버너에 대응하는 상기 데이터 수집기는 현장 에너지 획득(local energy harvesting)에 의해 전력 공급되는 것을 특징으로 하는 원격 버너 모니터링 시스템.
  5. 원격 버너 모니터링 시스템으로서,
    집적 센서들을 각각 구비하는 하나 이상의 버너;
    대응하는 버너의 센서들로부터 데이터를 수신하고 종합(aggregate)하도록 각각의 버너에 대응하는 적어도 하나의 데이터 수집기와, 데이터를 송신하도록 각각의 데이터 수집기에 대응하는 적어도 하나의 로컬 송신기;
    상기 하나 이상의 버너에 대응하는 로컬 송신기로부터 데이터를 수신하도록 구성 및 프로그래밍된 데이터 센터;
    상기 데이터의 적어도 일부를 저장하고, 상기 데이터를 디스플레이 형식으로 변환시키고, 유선 네트워크, 무선 네트워크 및 와이-파이 네트워크 중 적어도 하나를 포함하는 네트워크를 통한 데이터와 디스플레이 형식의 수신 및 송신을 가능하게 하는 연결성(connectivity)을 제공하도록 구성 및 프로그래밍된 서버
    를 포함하고,
    상기 버너 중 적어도 하나는 공기, 산소-부화(enriched) 공기, 산업적인 등급의 산소, 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 산화제를 사용하고, 상기 버너 중 적어도 하나는 기체 연료, 액체 연료, 고체 연료 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 연료를 연소하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원격 버너 모니터링 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 버너 중 적어도 하나는 스테이지 연소를 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원격 버너 모니터링 시스템.
  7. 하나 이상의 버너의 동작을 모니터링하는 모니터링 방법으로서,
    상기 버너와 통합되는 센서들에 의해 각각의 버너에서의 동작 데이터를 감지하는 단계;
    상기 버너 각각에서 데이터를 현장 수집하는 단계;
    수집된 데이터를 상기 버너 각각으로부터 데이터 센터로 송신하는 단계;
    상기 데이터를 디스플레이 형식으로 변환시키는 단계;
    상기 디스플레이 형식을 유선 네트워크, 무선 네트워크 및 와이-파이 네트워크 중 적어도 하나를 포함하는 네트워크를 통해 송신하는 단계
    상기 데이터 센터로부터 네트워크를 통해 클라우드로 수집된 데이터를 송신하는 단계;
    수집된 데이터를 원격 데이터 리포지토리(repository) 내에 저장하는 단계;
    상기 원격 데이터 리포지토리에 저장된 상기 수집된 데이터에 상기 네트워크를 통해 액세스 가능하도록 하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 버너의 동작 모니터링 방법.
  8. 하나 이상의 버너의 동작을 모니터링하는 모니터링 방법으로서,
    상기 버너와 통합되는 센서들에 의해 각각의 버너에서의 동작 데이터를 감지하는 단계;
    상기 버너 각각에서 데이터를 현장 수집하는 단계;
    수집된 데이터를 상기 버너 각각으로부터 데이터 센터로 송신하는 단계;
    상기 데이터를 디스플레이 형식으로 변환시키는 단계;
    상기 디스플레이 형식을 유선 네트워크, 무선 네트워크 및 와이-파이 네트워크 중 적어도 하나를 포함하는 네트워크를 통해 송신하는 단계
    상기 버너 중 하나에 대응하는 수집된 데이터의 통계적 분석을 수행하고, 상기 버너 중 2개 이상의 버너 사이의 수집된 데이터의 비교 분석을 수행하고, 경고 설정 값을 미리 정하도록 상기 버너 중 하나 이상의 버너에 대한 수집된 데이터를 비교하고, 경고를 발생시키고 그리고 이들 단계들의 조합을 포함하여, 상기 수집된 데이터를 분석하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 버너의 동작 모니터링 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 수집된 데이터와 해당 수집된 데이터의 분석을 기초로 상기 하나 이상의 버너의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하고,
    상기 동작 제어 단계는 버너 동작 파라미터를 미리 정한 한계 내에 유지하고 부분적 화염 특성을 조정하고 불리한 버너 상태에 신속하게 응답하는 것 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 버너의 동작 모니터링 방법.
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