KR101909591B1 - 저탄장 자연발화 방지 냉각볼의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄 화력발전소에 위치한 저탄장(석탄 보관공간)에서 자연발화로 인한 화재를 방지하는 냉각볼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저장된 석탄층의 내부에 일정간격을 유지하며 다수개 구비되고, 외측 표면으로부터 사용자가 설정한 온도(발화온도)가 감지되면 내부에 압축 주입된 액화질소를 외부로 분출하여 적재된 석탄 주변의 온도를 낮춰 석탄의 산화에 의한 저탄장 자연발화 방지 냉각볼에 관한 것이다.

Description

저탄장 자연발화 방지 냉각볼의 제어방법{CONTROL METHOD OF COOLING DEVICE FOR SPONTANEOUS COMBUSTION PREVENTION}

본 발명은 석탄 화력발전소에 위치한 저탄장(석탄 보관공간)에서 자연발화로 인한 화재를 방지하는 냉각볼의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저장된 석탄층의 내부에 일정간격을 유지하며 다수개 구비되고, 외측 표면으로부터 사용자가 설정한 온도(발화온도)가 감지되면 내부에 압축 주입된 액화질소를 외부로 분출하여 적재된 석탄 주변의 온도를 낮춰 석탄의 산화에 의한 저탄장 자연발화 방지 냉각볼의 작동 방법에 관한 것이다.

일반적으로 석탄을 연료로 발전하는 화력발전소에서는 500MW당 대략 180ton/hr의 석탄을 연소하며, 미분기 1대당 대략 37ton에 상당하는 석탄을 보일러에 공급한다. 석탄을 사용하는 500MW의 화력발전소에는 대략 500ton 용량의 석탄저장소가 대략 6개가 설치되고, 그 중 5개는 정상적인 석탄의 공급이 이루어지며, 나머지 1개는 예비로 일정기간동안 사용할 수 있는 석탄을 비축하는 저탄장으로 운영된다.

석탄은 가연성 물질이기 때문에 밀폐된 공간이나, 실내에 저장하게 되면 석탄의 구성 분자가 공기 중의 산소를 흡착하여 국소 부분에서 발열 산화반응을 일으키고(hot spot), 이때 발생되는 열이 외부로 충분히 방출되지 않으면 온도의 상승과 함께 산소가 계속 공급될 경우 반응이 점차 가속되면서 발화에 이르게 된다.

석탄은 야외 적재장에 적재할 경우 분진 가루가 날려 작업장의 환경을 오염시키고, 바람에 의해 원료가 일부 손실되는 문제점 등이 있어 근래에 주로 밀폐된 저장고 내부에 파일 형태로 적재하여 보관하고 있어, 자연 발화의 문제는 더 커지고 있다.

자연 발화의 원인과 영향 인자는 매우 복잡하기 때문에 사전에 예방하기가 쉽지 않으며 일단 발생하면 소화하기도 어렵고, 석탄은 다공성 물질이기 때문에 단위 무게당 산소의 흡착량이 많아 산화 반응에 유리하지만 반면에 열전도도가 낮아서 발생열의 방출이 어렵다.

그리고, 자연 발화 과정에서 생성되는 가스는 외부로 방출되지 않을 경우 가스 폭발의 원인을 제공하게 되며, 저장 설비 내의 자연발화는 분진 폭발을 유도할 수도 있다. 이처럼 석탄을 보관하는 공간에는 자연발화방지를 위한 안전관리가 매우 중요하기 때문에 화재 발생에 대한 대책이 필요하다.

상기의 문제점으로 인해 종래 발화를 억제하기 위한 다양한 방법이 제시되고 있지만, 저비용의 설비 구축 및 저가의 운용비용으로 효과가 보장되는 장치 및/또는 방법이 필요하다.

1. 한국공개특허공보 제10-2012-0139227호 '배가스를 이용한 저탄장 자연발화 방지시스템' (출원일자 2011.06.17) 2. 한국공개특허공보 제10-2010-0074549호 '밀폐형 저장고의 자연 발화 억제장치' (출원일자 2008.12.24) 3. 한국공개특허공보 제10-2006-0002677호 '석탄회를 이용한 석탄야적장 자연발화 및 저탄장해 방지기술' (출원일자 2004.07.03)

1. 대한기계학화논문집 B권 제34권 제7호 '저탄장 자연발화 현상의 수치해석적 연구'

본 발명은 추가 설비 및 시설에 대한 증축이 불필요하여 저렴한 장치설치비를 제공할 수 있고, 인체에 무해한 냉각제를 사용하여 자연발화, 화재진화를 유도할 수 있으며, 저탄된 석탄에서 수집된 열점분포도를 기준으로 자연발화를 예측하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 내부에 친환경적인 액화질소를 구비함과 동시에 이중구조 탱크로 제작하여 고온, 고압에 의한 외형 변형의 문제점을 해결하였으며, 외부 충격에 의한 오작동을 방지하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 저탄장 자연발화 방지 냉각볼의 제어방법은, 내부에 수용공간(S)이 형성되며, 상기 수용공간(S)에 배치된 냉각제를 외부로 배출하는 배출홀(102)을 구비하는 외부케이스(100), 상기 배출홀(102)을 개폐하는 분사밸브(400), 및 상기 외부케이스(100)의 외부 온도를 측정하고, 적어도 상기 외부 온도에 기초하여 상기 분사밸브(400)의 개폐를 제어하는 제어모듈(500)을 포함하는 저탄장 자연발화 방지 냉각볼의 제어방법으로서, 상기 제어모듈에서, 작동을 개시하는 단계; 외부와의 통신상태가 양호한지 확인하는 단계; 및 상기 통신상태가 양호한 경우, 상기 측정된 외부 온도를 외부로 송신하는 단계를 포함할 수 있다.

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또한, 상기 통신상태 확인 결과 상기 통신상태가 불량한 경우, 기설정된 발화 위험 모델에 따른 발화 위험성을 판단하는 단계; 및 상기 발화 위험성이 기설정치를 초과하는 경우, 상기 냉각제가 외부로 분사되도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각볼은 상기 수용공간(S)에 배치되고, 내부에 냉각제를 보관하는 보관공간(S1)을 구비하는 내부케이스(200); 및 상기 보관공간(S1)에 보관된 냉각제를 상기 수용공간(S)으로 선택적으로 공급하는 공급밸브(300)을 더 포함하고, 상기 분사 제어 단계는 상기 공급밸브를 개방하는 단계; 및 기설정된 시간이 경과하면 상기 분사밸브를 개방하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 발화 위험성 판단 단계는, 상기 냉각제를 외부로 미분사한 경우에 판단할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 저탄장 자연발화 방지 냉각볼은 내부에 수용공간(S)이 형성되며, 일측에 상기 수용공간(S)과 연통되는 개구부(101)와 소정의 직경을 갖는 배출홀(102)이 형성되는 외부케이스(100); 상기 수용공간(S)에 위치하되, 내부에 액상의 냉각제가 일정한 압력을 가지며 압축 수용되도록 보관공간(S1)이 형성되는 내부케이스(200); 임의로 설정한 온도에 도달하면 상기 보관공간(S1)에 수용된 냉각제를 상기 수용공간(S)으로 배출하도록 상기 내부케이스(200)의 일측을 개폐하는 공급밸브(300); 상기 배출홀(102)에 설치되어 상기 수용공간(S)에 냉각제가 위치하면 상기 배출홀(102)을 통해 냉각제가 상기 외부케이스(100)의 외측방향으로 분사되도록 상기 배출홀(102)을 개폐하는 분사밸브(400); 일면이 상기 외부케이스(100)의 외부에 노출되어 상기 외부케이스(100)의 외부 온도를 측정하도록 온도센서부(510)와 상기 온도센서부(510)에서 측정된 온도값에 따라 상기 공급밸브(300)와 상기 분사밸브(400)의 개폐를 제어하는 개폐제어부(520)가 구비되는 제어모듈(500);을 포함할 수 있다.

또한, 상기 분사밸브(400)는 상기 수용공간(S)이 진공상태를 유지하도록 상기 배출홀(102)을 통해 외부공기가 상기 수용공간(S)으로 유입되는 것을 차단할 수 있다.

또한, 상기 보관공간(S1)에는 상기 냉각제가 수용공간(S)으로 이동하는 경우 상기 보관공간(S1)에 수용될 때 냉각제가 유지하는 압력과 상기 수용공간(S)으로 이동한 상기 냉각제가 유지하는 압력이 상호 동일한 압력을 유지하도록 상기 보관공간(S1)의 내측면을 따라 상기 냉각제의 이동방향으로 슬라이딩되는 바닥판(210)이 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 외부케이스(100)는 하측이 개방된 상부케이스(110); 상기 수용공간(S)을 형성하도록 상기 상부케이스(100)와 결합되는 하부케이스(120);를 포함하되, 상기 상부케이스(110) 또는 상기 하부케이스(120)의 내측면에는 상기 내부케이스(200)가 탈부착되도록 끝단이 상기 내부케이스(200)의 외측면과 결합되는 고정암(130)이 돌출 형성될 수 있다.

또한, 상기 배출홀(102)은 상기 외부케이스(100)의 외측면과 인접한 제1 홀(102-1)과 상기 제1 홀(102-1)로부터 연장되며 상기 외부케이스(100)의 내측면과 인접한 제2 홀(102-2)을 포함하되, 상기 제2 홀(102-2)은 상기 제1 홀(102-1)의 직경보다 큰 직경일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각볼은, 내부에 수용공간(S)이 형성되며, 상기 수용공간(S)에 배치된 냉각제를 외부로 배출하는 배출홀(102)을 구비하는 외부케이스(100); 상기 배출홀(102)을 개폐하는 분사밸브(400); 및 상기 외부케이스(100)의 외부 온도를 측정하고, 적어도 상기 외부 온도에 기초하여 상기 분사밸브(400)의 개폐를 제어하는 제어모듈(500)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 수용공간(S)에 배치되고, 내부에 냉각제를 보관하는 보관공간(S1)을 구비하는 내부케이스(200); 및 상기 보관공간(S1)에 보관된 냉각제를 상기 수용공간(S)으로 선택적으로 공급하는 공급밸브(300)을 더 포함하고, 상기 제어모듈(500)은 적어도 상기 외부 온도에 기초하여 상기 공급밸브(300)의 개폐를 제어할 수 있다.

또한, 상기 냉각제를 보관하는 상기 보관공간(S1)의 압력은 상기 수용공간(S)의 압력 보다 높은 것이 바람직하다.

또한, 상기 내부케이스(200)는 상기 수용공간(S)의 냉각제를 상기 수용공간(S)으로 이동시키는, 상기 보관공간(S1)의 내측면을 따라 상기 냉각제의 이동방향으로 슬라이딩되는 바닥판(210)을 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 외부케이스(100)는 하측이 개방된 상부케이스(110); 및 상기 수용공간(S)을 형성하도록 상기 상부케이스(100)와 결합되는 하부케이스(120)를 구비하고, 상기 상부케이스(110) 또는 상기 하부케이스(120)의 내측면에는 상기 내부케이스(200)가 탈부착되도록 끝단이 상기 내부케이스(200)의 외측면과 결합되는 고정암(130)이 돌출 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 배출홀(102)은 상기 외부케이스(100)의 외측면과 인접한 제1 홀(102-1)과 상기 제1 홀(102-1)로부터 연장되며 상기 외부케이스(100)의 내측면과 인접한 제2 홀(102-2)을 구비하고, 상기 제2 홀(102-2)의 직경은 상기 제1 홀(102-1)의 직경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 외부케이스(100)의 외측면으로부터 외측방향으로 연장되어, 상기 배출홀(102)에서 배출되는 냉각제의 이동경로를 안내하기 위한 안내파이프(600)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 안내파이프(600)는 측벽에 냉각제를 분출하는 복수의 분출 홀(610)이 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 저탄장 자연발화 방지 냉각볼을 회수하는 시스템은, 상단에 본 발명의 다양한 실시예에 따른 냉각볼과 혼합된 석탄을 이동시키는 이동벨트(1100); 및 상기 이동벨트(1100)의 상측에 위치하며 상기 석탄 및 냉각볼을 분류하여 상기 냉각볼을 수거하는 수거모듈(2000)을 포함하고, 상기 수거모듈(2000)은 일측단이 상기 이송되는 석탄에 삽입되어 상기 냉각볼과 석탄을 분류하는 선별기(2100); 상기 선별기(2100)에서 선별된 냉각볼을 선별기(2100)의 일측에서 타측으로 이송시키는 견인롤러(2200); 및 상기 견인롤러(2000)을 통해 이송되는 냉각볼을 전달받아 임의로 설정된 구역으로 이동시키는 이송롤러(2300)를 구비할 수 있다.

본 발명은 저탄된 석탄 더미에 일정간격으로 이격되어 배치되며, 주변온도를 감지하는 온도 감지센서가 구비되었으며, 온도 감지센서로부터 측정된 온도가 설정된 온도에 도달하면 수용된 액화질소를 외부로 분사하여 주변온도를 낮춰 자연발화를 예방할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 온도변화 및 매장된 위치에 대한 데이터를 수집 및 저장하여 별도의 메인제어부에 데이터를 전송함으로써 작업자가 실시간으로 저장된 석탄의 정보를 확인할 수 있고, HMM(Hidden Markov Model)기계학습 알고리즘을 기반으로 수집된 데이터를 분석하여 자연발화를 예측할 수 있을 뿐만 아니라 높은 작동 신뢰도를 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 별도의 설비 증축 없이 기존 저탄장에서 사용할 수 있음은 물론 설치 및 유지보수가 간단하여 경제적인 이점을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 저탄장 자연발화 방지 냉각볼의 전체적인 모습을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각볼의 내부 구성을 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각볼의 내부 구성을 도시한 단면도,
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 제어모듈의 주요구성을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 작동상태를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수거방법을 나타낸 사시도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각볼의 사시도 및 단면도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 저탄장 자연발화 방지 냉각볼의 제어방법을 도시한 순서도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해 상세히 설명한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한 네트워크 상의 제1 구성요소와 제2 구성요소가 연결되어 있거나 접속되어 있다는 것은, 유선 또는 무선으로 제1 구성요소와 제2 구성요소 사이에 데이터를 주고 받을 수 있음을 의미한다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.

이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 도면 전체를 통하여 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소에 대한 자세한 설명은 전술한 구성요소에 대한 설명으로 대체되어 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명의 저탄장 자연발화 방지 냉각볼의 전체적인 모습을 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 내부 구성을 도시한 단면도, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 구성을 도시한 단면도, 도 4은 본 발명의 제어모듈의 주요구성을 나타낸 단면도, 도 5는 본 발명의 작동상태의 실시예를 나타낸 단면도, 및 도 6은 본 발명의 일실시예의 수거방법을 나타낸 사시도에 관한 것이다.

도 1, 도 2, 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 석탄이 보관되는 저탄장에 위치하여 석탄의 자연발화를 방지하기 위해 내부에 구비된 냉각제를 외부로 배출하기 위한 저탄장 자연발화 방지 냉각볼은 외부케이스(100), 분사밸브(400), 및 제어모듈(500)을 포함할 수 있다.

외부케이스(100)는 내부에 수용공간(S)이 형성될 수 있다. 외부케이스(100)는 소정의 두께로 이루어지되, 원기둥 또는 원구 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 외부케이스(100)는 금속성 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

외부케이스(100)의 일측에는 상기 수용공간(S)과 연통되는 개구부(101)가 형성될 수 있다.

외부케이스(1000는 외측면에 수용공간(S)과 연통되며 소정의 직경을 갖는 배출홀(102)이 일정간격 이격되며 다수개 형성될 수 있다. 배출홀(102)은 수용공간(S)에 수용된 냉각제를 외부로 배출할 수 있다.

냉각제는 인체에 무해한 액화질소, 이산화탄소, 할론가스(halon) 등이 사용될 수 있으며, 부피 감소를 위해 액체 상태인 것이 바람직하다. 냉각제는 바람직하게 액화질소가 주로 사용될 수 있다. 냉각제는 앞에서 언급한 종류 이외에도 주변 온도를 낮춰 발화(화재)의 위험을 방지할 수 있는 물질이라면 그 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

분사밸브(400)는 배출홀(102)을 개폐할 수 있다. 분사밸브(400)는 수용공간(S)에 배치된 냉각제를 외부로 선택적으로 배출할 수 있다. 분사밸브(400)는 외부케이스(100)의 수용공간(S)으로 석탄가루, 분진 등의 오염물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

수용공간(S)에 배치된 냉각제가 갖는 압력이 분사밸브(400)에 작용하면, 분사밸브(400)는 배출홀(102)을 개방하여 냉각제를 외부케이스(100)의 외측방향으로 분사시킬 수 있다.

제어모듈(500)은 분사밸브(400)의 개폐를 제어할 수 있다. 제어모듈(500)은 개구부(101)에 배치되는 것이 바람직하다. 제어모듈(500)은 외부와의 통신 또는 후술할 온도 및/또는 압력 센서의 작동을 위해, 적어도 일부는 비금속성, 바람지하게는 플라스틱 재질인 것이 바람직하다.

제어모듈(500)은 온도센서부(510) 및 개폐제어부(520)를 포함할 수 있다.

온도센서부(510)는 석탄 등에 접촉되어 외부케이스(100)의 주변 온도를 측정하는 접촉식 온도 센서 및/또는 석탄 등에서 방사되는 열을 측정하는 비접촉식 온도 센서를 포함할 수 있다.

개폐제어부(520)은 적어도 상기 외부 온도에 기초하여 분사밸브(400)의 개폐를 제어할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각볼은 외부케이스(100), 분사밸브(400), 제어모듈(500), 내부케이스(200) 및 공급밸브(3))를 포함할 수 있다. 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 자세한 설명은 도 1, 도 2, 및 도 4를 참조한다.

외부케이스(100)의 내측에 구비되는 내부케이스(200)가 형성될 수 있다. 내부케이스(200)는 내부에 액상의 냉각제를 보관하기 위해 내부가 중공된 형상인 것이 바람직하다.

내부케이스(200)의 내부에는 냉각제가 수용되는 보관공간(S1)이 형성될 수 있다. 냉각제는 내부케이스(200)에 일정한 압력을 가지며 압축 보관되는 것이 바람직하다. 이는 냉각제가 외부로 신속하게 배출될 수 있도록 하기 위함이다.

냉각볼을 보관공간(S1)과 수용공간(S)으로 구획 분리한 것은, 냉각제의 재충전 또는 교체의 용이성, 냉각제 분출로 인한 사고 위험 방지, 냉각제의 보온 유지, 및/또는 냉각제 압력 상승 방지할 수 있다.

공급밸브(300)는 내부케이스(200)의 일측을 개방하여 냉각제를 내부케이스(200)의 외부로 배출시킬 수 있다. 공급밸브(300)는 내부케이스(200)의 일측에 구비되며, 냉각제가 수용공간(S)으로 이동할 수 있도록 보관공간(S1)을 개방시킬 수 있다.

공급밸브(300)는 사용자가 설정한 특정한 환경에 작동하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 외부케이스(100)의 외부의 온도를 측정하는 온도센서부(510)를 통해 외부케이스(100)의 주변 온도를 측정하고, 이후 외부케이스(100)의 온도가 사용자가 임의로 설정한 온도에 도달하면, 공급밸브(300)가 개방되어 냉각제를 수용공간(S)으로 이동시킨다. 수용공간(S)으로 이동한 냉각제가 배출홀(102)을 통과하면서 외부케이스(100)의 외측으로 분사되므로 외부케이스(100) 주변 온도를 낮출 수 있다.

개폐제어부(520)은 온도센서부(510)를 통해 측정된 온도값, 즉 외부온도에 기초하여 공급밸브(300)와 분사밸브(400)를 순차적으로 개방시킬 수 있다.

제어모듈(500)은 온도센서부(510), 개폐제어부(520), 공급 및 역류방지밸브(300,400)에 일정한 전력을 공급하는 전력공급부(미도시), 외부 압력을 측정하는 압력센서(미도시) 및 온도센서부(510)가 측정한 온도를 저장하는 저장부 및 저장된 데이터를 외부로 송신시키는 통신부를 더 구비할 수 있다.

분사밸브(400)는 위에서 언급한 이물질 유입방지의 기능 이외에, 수용공간(S)의 압력이 냉각제를 보관하는 보관공간(S1)의 압력 보다 낮게 유지시켜, 냉각제의 보관공간(S1)에서 수용공간(S)으로의 이동을 빠르게 할 수 있다.

바람직하게는, 분사밸브(400)는 수용공간(S)의 내부가 진공상태를 유지하도록 배출홀(102)을 통해 외부공기가 수용공간(S)으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 수용공간(S)이 진공상태를 유지하면 공급밸브(300)가 개방되어 내부케이스(200)에서 수용공간(S)으로 냉각제가 배출될 때 냉각제의 배출속도를 빠르게 하여 시간이 단축될 수 있다.

냉각볼은 내부케이스(200)의 내부에 내부케이스(200)의 내측벽면을 따라 상하방향으로 슬라이딩되는 바닥판(210)을 더 포함할 수 있다. 바닥판(210)이 상측 방향으로 슬라이딩되면, 냉각제가 내부케이스(200)(즉, 보관공간(S1))에서 수용공간(S)으로 배출될 때 실시될 수 있다. 바닥판(210)의 상측 방향 슬라이딩은 냉각제를 수용공간(S)으로 강제 배출되도록 할 수 있다.

또한, 바닥판(210)의 상측 슬라이딩은 냉각제가 보관공간(S1)에 수용될 때 유지되는 압력과 수용공간(S)으로 이동한 경우에 냉각제가 유지하는 압력이 실질적으로 동일한 압력을 유지되게 할 수 있다. 따라서, 냉각제가 외부로 분출될 때, 높은 압력으로 분출되어 넓은 범위까지 냉각제가 도달할 수 있다.

외부케이스(100)는 상부케이스(110)와 하부케이스(120)를 구비할 수 있다. 상부케이스(110)는 하측이 개방된 형상일 수 있다. 그리고 하부케이스(120)는 상부케이스(100)와 결합되는데, 결합된 상부케이스(110)와 하부케이스(120) 사이에 수용공간(S)을 형성하도록 상측이 개방된 형상을 이룰 수 있다.

상부케이스(110) 또는 하부케이스(120)의 내측면에는 고정암(130)이 돌출 형성될 수 있다. 고정암(130)은 내부케이스(200)의 외측면과 접촉되어 내부케이스(200)를 고정할 수 있다. 이로 인해 내부케이스(200)의 탈부착이 가능하며, 냉각제가 분사된 내부케이스(200)의 교체를 용이하게 하거나, 내부케이스(200)의 보관공간(S1)에 냉각제를 재충전하는데 도움을 줄 수 있다.

보관공간(S1)에의 냉각제 재충전은 위에서 언급한 상부케이스(110)를 하부케이스(120)로부터 분리한 후 재충전하는 방법 이외에, 개구부(101)에 배치된 제어모듈(500)을 상부케이스(110)로부터 분리한 후 재충전하는 방법 등 다양하게 실시될 수 있다.

배출홀(102)은 외부케이스(100)의 외측면과 인접한 제1 홀(102-1)과 외부케이스(100)의 내측면과 인접한 제2 홀(102-2)로 이루어 질 수 있다. 제1홀(102-1)이 이루고 있는 직경(D1)은 제2 홀(102-2)이 이루고 있는 직경(D2)보다 작은 직경을 유지하는 것이 바람직하다. 배출홀(102)을 통해 냉각제가 분사될 때 보다 높은 압력으로 분사되어 냉각제가 분출되는 범위를 확장되도록 할 수 있기 때문이다.

도 5에 작동되는 냉각볼은 도 3에 따른 냉각볼을 기준으로 설명한다.

도 5의 (a)는 저탄장에 적재된 석탄 사이에 위치한 본 발명에 해당하며, 제어모듈(500)에서 실시간으로 온도센서부(510)를 통해 외부케이스(100)의 주변온도를 측정할 수 있다.

도 5의 (b)를 참조하면, 외부케이스(100)의 주변 온도에 기초하여 기설정한 발화 위험 모델에 의해 발화의 위험이 도래하면, 개폐제어부(520)는 공급밸브(300)를 1차로 개방하여 냉각제가 보관공간(S1)에서 수용공간(S)으로 이동하게 할 수 있다. 이 때, 냉각제가 유입되기 전의 수용공간(S)이 저압인 경우, 냉각제의 이동을 원할하게 할 수 있다. 또한 바닥판(210)의 슬라이딩도 냉각제의 이동을 원할하게 할 수 있다.

도 5의 (c)를 참조하면, 개폐제어부(520)는 분사밸브(400)를 개방하여 수용공간(S)에 위치한 냉각제가 배출홀(102)을 통해 외부케이스(100)의 외측으로 분사되도록 할 수 있다.

개폐제어부(520)는 공급밸브(300)를 개방한 후 기설정된 시간 이 후에 분사밸브(400)를 개방하거나, 발화 위험 모델에 의해 기설정된 발화 위험이 있을 경우에 분사밸브(400)를 개방할 수 있다.

도 5의 (d)를 참조하면, 분출된 냉각제가 석탄의 사이로 침투하여 주변 온도를 낮춰 석탄의 자연발화 위험을 방지할 수 있다. 이후 사용된 내부케이스(200)는 수거되어 냉각제의 재충전이 이루어진 후 외부케이스(100)에 장착되어 다시 저탄장으로 재공급된다.

도 6을 참조하여 본 발명의 냉각볼의 수거 방법을 설명한다. 본 도면에 따른 냉각볼은 다양한 실시예에 따른 냉각볼이 사용될 수 있다.

저탄장에서 석탄과 본 발명(이하 냉각볼)이 함께 포함되어 이동벨트(1100)로 이송된다. 이동벨트(1100)에는 석탄과 냉각볼이 혼합된 상태를 유지하여 이동벨트(1100)를 통해 이동할 수 있다.

이동벨트(1100)의 라인은 냉각볼의 유무를 감지하는 제1 감지센서(1001)를 구비할 수 있다. 제1 감지센서(1001)가 냉각볼을 인식하면 제1 감지센서(1001)와 일정간격 이격된 수거모듈(2000)이 작동하여 냉각볼을 수거할 수 있다. 이때 수거모듈(2000)을 중심으로 제1 감지센서(1001)과 대칭을 이루는 제2 감지센서(1002)가 구비되어 제2 감지센서(1002)는 미쳐 수거되지 못한 냉각볼의 유무를 감지할 수 있다.

수거모듈(2000)은 선별기(2100), 견인롤러(2200) 및 이송롤러(2300)를 포함할 수 있다.

선별기(2100)는 일측이 이동벨트(1100)와 인접하고 타측이 이송롤러(2300)에 위치하도록 일정각도 경사진 형상일 수 있다. 선별기(2100)는 사이 사이로 석탄이 통과할 수 있도록 격자모양의 메쉬 형상을 이루는 것이 바람직하다.

선별기(2100)에서 걸러진 냉각볼은 견인롤러(2200)를 통해 이송롤러(2300)로 이동할 수 있다. 견인롤러(2200)는 선별기(2100)에 결러진 냉각볼의 외측면과 접촉할 수 있다. 견인롤러(2200)는 이동벨트(1100)의 이동방향과 동일한 방향으로 회전하고 있기 때문에, 견인롤러(2200)의 회전력을 냉각볼이 전달받아. 선별기(2100)의 경사면을 딸 이송롤러(2300)로 이동할 수 있다.

이후 선별(분류)된 냉각볼을 이송롤러(2300)를 따라 설정된 구역으로 이동하여 저탄장으로 재공급 될 수 있다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명은 저탄된 석탄 더미에 일정간격으로 이격되어 배치되며, 측정된 온도가 설정된 온도에 도달하면 수용된 액화질소를 외부로 분사하여 주변온도를 낮춰 자연발화를 예방할 수 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각볼의 사시도 및 단면도이다. 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 자세한 설명은 도 1, 도 2, 및 도 4를 참조한다.

도 7 및 도 8 을 참조하면, 냉각볼은 배출홀(102)에 배치되며, 외부케이스(100)의 외측면으로부터 외측방향으로 연장되어, 배출홀(102)에서 배출되는 냉각제의 이동경로를 안내하기 위한 안내파이프(600)를 더 포함할 수 있다. 안내파이프(600)는 배출홀(120)과 동일한 개수로 다수 개 구비될 수 있으며, 외부케이스(100)의 외측면으로부터 외측방향으로 일정간격 이격되며 연장 형성될 수 있다.안내파이프(600)의 측벽에는 냉각제가 넓은 범위로 분사되도록 분출홀(610)이 다수개 형성될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 저탄장 자연발화 방지 냉각볼의 제어방법을 도시한 순서도이다. 도 1 내지 도 8을 참조한다. 본 실시예에서 구동되는 냉각볼은 위에서 언급한 다양한 냉각볼이 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 다만 설명의 편의를 위해, 본 실시예에서 구동되는 도 3의 단면 구조를 가지는 냉각볼로 가정하고 설명한다.

제어모듈(500)은 전원이 들어오가나 관제 센터(미도시)에서의 개시 신호에 의해 냉각볼의 작동을 시작할 수 있다(S610). 본 초기화 단계는 시스템을 초기화하고, 자연 발화 위험성을 도출하는 발화 위험 모델을 로딩할 수 있다. 발화 위험 모델은 적어도 외부 온도에 기초하여 발화 위험성을 도출할 수 있다. 발화 위험 모델은 외부 온도 이외에 외부 압력, 습도 등 여러 환경 변수를 가질 수 있다. 이러한 환경 변수는 제어모듈(500)에 의해 측정될 수 있다.

제어모듈(500)은 초기화 되면, 외부 온도를 측정하여 저장할 수 있다(S615).

제어모듈(500)은 외부와의 통신상태가 양호한지 확인할 수 있다(S620).

통신상태가 양호한 경우, 제어모듈(500)은 측정된 외부 온도를 외부로 송신할 수 있다. 통신상태가 양호하다는 것은, 냉각볼이 매립되지 않았거나 매립되었다라도 얕게 매립되어 저탄장의 자연 발화 가능성이 없거나 매우 낮음을 의미할 수 있다. 이에 제어모듈(500)은 특별한 작동을 하지 않고 주기적으로 외부온도를 측정하여 저장할 수 있다(S651).

통신상태가 불량한 경우 냉각볼이 깊이 매립되었음을 의미하며, 이에 냉각볼은 작동 대기 상태에 있어야 바람직하다.

통신상태가 불량한 경우, 제어모듈(500)은 냉각제가 분사된 적이 있는지 판단할 수 있다(S625).

냉각제가 분사된 기록이 있는 경우, 자연 발화 위험성을 판단할 필요가 없게 된다. 이에 제어모듈(500)은 주기적으로 외부온도를 측정하여 저장할 수 있다(S615).

냉각제가 분사되지 않은 경우, 제어모듈(500)은 적어도 외부온도에 기초하여 발화 위험 모델에 따른 발화 위험성을 도출할 수 있다(S630). 제어모듈(500)은 외부온도의 변화량을 발화 위험 모델의 변수로 사용할 수 있다.

제어모듈(500)은 발화 위험성이 높은지 판단(S635)하여, 발화 위험성이 높은 경우 제어모듈(500)은 냉각제를 분사(S640)하여 냉각볼 주위의 온도를 낮추어 자연 발화를 저지할 수 있다. 이 후 제어모듈(500)은 주기적으로 외부온도를 측정 및 기록할 수 있다(S615).

이와 같은 본 발명에 따른 냉각볼은 저탄된 석탄 더미에 일정간격으로 이격되어 배치되며, 측정된 온도가 설정된 온도에 도달하면 수용된 액화질소를 외부로 분사하여 주변온도를 낮춰 자연발화를 예방할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 냉각볼은 별도의 설비 증축 없이 기존 저탄장에서 사용할 수 있고, 재사용이 가능하여 경제적인 효과를 창출할 수 있을 뿐만 아니라, 수거장치도 비교적 간단하게 설치할 수 있어 종래의 설비에도 간편한 적용이 이루어질 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100 : 외부케이스 200 : 내부케이스
300 : 공급밸브 400 : 역류방지밸브
500 : 제어모듈 510 : 온도센서
520 : 개폐제어부 S : 수용공간
S1 : 보관공간

Claims (5)

1. 내부에 수용공간(S)이 형성되며, 상기 수용공간(S)에 배치된 냉각제를 외부로 배출하는 배출홀(102)을 구비하는 외부케이스(100), 상기 배출홀(102)을 개폐하는 분사밸브(400), 및 상기 외부케이스(100)의 외부 온도를 측정하고, 적어도 상기 외부 온도에 기초하여 상기 분사밸브(400)의 개폐를 제어하는 제어모듈(500)을 포함하는 저탄장 자연발화 방지 냉각볼의 제어방법으로서,
   상기 제어모듈에서, 작동을 개시하는 단계;
   외부와의 통신상태가 양호한지 확인하는 단계;
   상기 통신상태가 양호한 경우, 상기 측정된 외부 온도를 외부로 송신하는 단계;
   상기 통신상태 확인 결과 상기 통신상태가 불량한 경우, 기설정된 발화 위험 모델에 따른 발화 위험성을 판단하는 단계; 및
   상기 발화 위험성이 기설정치를 초과하는 경우, 상기 냉각제가 외부로 분사되도록 제어하는 단계를 포함하는, 제어방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각볼은,
   상기 수용공간(S)에 배치되고, 내부에 냉각제를 보관하는 보관공간(S1)을 구비하는 내부케이스(200); 및
   상기 보관공간(S1)에 보관된 냉각제를 상기 수용공간(S)으로 선택적으로 공급하는 공급밸브(300)을 더 포함하고,
   상기 분사 제어 단계는,
   상기 공급밸브를 개방하는 단계; 및
   기설정된 시간이 경과하면 상기 분사밸브를 개방하는 단계를 포함하는, 제어 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 발화 위험성 판단 단계는, 상기 냉각제를 외부로 미분사한 경우에 판단하는 것을 특징으로 하는, 제어방법.

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