KR102267377B1 - 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치 - Google Patents

열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수개의 센서프로브를 열교한기 전열관 튜브에 동시에 삽입하고, 전열관 외벽에 인접한 금속성 이물질들에 의한 전자기장의 왜곡을 감지하여 이물질의 존재를 검사하며, 이물질을 전열관 외벽으로부터 분리하도록 유도할 수 있는 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치는 인접하는 복수개의 전열관들에 설치되는 센서프로브와, 상기 센서프로브에 전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 센서프로브가 장착된 전열관을 감싸거나 전열관에 인접한 이물질이 존재하는 경우 상기 이물질에 의해 왜곡된 자기장을 통해 이물질의 존재 여부를 판별하는 정보분석부를 포함하며, 상기 센서프로브는 자기센서배열과, 상기 자기센서배열의 전후에 설치되어 상기 전열관에 인접한 이물질을 자화시키기 위한 자기장 인가유닛을 포함한다.

Description

열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치 {Nondestructive inspection and separation system of metallic foreign object in the heat exchanger tubes}
본 발명은 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 센서프로브를 열교한기 전열관 튜브에 동시에 삽입하고, 전열관 외벽에 인접한 금속성 이물질들에 의한 전자기장의 왜곡을 감지하여 이물질의 존재를 검사하며, 이물질을 전열관 외벽으로부터 분리하도록 유도할 수 있는 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치에 관한 것이다.
고온, 고압, 진동, 수화학 환경 하에서 장시간 활용 한 열교환기 전열관 튜브는 부식, 점식, 침식, 공식, 마모, 감육, 피로균열, SCC, IASCC 등의 손상을 입을 수 있다. 이러한 손상에 기인하여 전열관 튜브와 관지지판의 철분(이하 슬러지형 이물질)이 축적되거나, 전열관 튜브의 일부(이하 파편형 이물질)가 파손될 수 있다. 슬러지형 이물질은 열전달의 효율을 저하시키고, 파편형 이물질은 다른 전열관 튜브를 손상시키거나, 슬러지형 이물질의 축적 기점이 되거나, 터빈에 혼입되어 터빈블레이드 등의 파손에 기여한다. 따라서, 슬러지형 이물질 또는 파편형 이물질을 조기에 발견하여 제거해야 발전효율의 상승 및 터빈의 파손을 예방할 수 있다.
슬러지형 이물질은 발전설비로부터 열교환기를 분리한 후, 청소에 의하여 제거한다. 하지만, 5~10년 주기로 실시하는 완전 분해 정비를 실시하기 전까지는 이를 제거할 수 없다. 또한, 슬러지형 이물질은 열교환기의 열매질 유체의 유동을 저해하기 때문에 또 다른 슬러지형 이물질이 가속하여 축적되는 요인이 된다.
파편형 이물질은 전열관 튜브 사이에 유연한 신호선을 가지는 CCD 카메라에 의하여 관찰하면서 이물질을 집게로 잡아서 인출하는 방법(FOSAR, Foreign Object Search and Retrieval)이 적용되고 있다. 하지만, 모든 전열관을 전수 검사하는데 한계가 있고, 슬러지형 이물질이 있는 곳까지는 CCD 카메라가 도달하지 못한다. 또한, 점도 때문에 슬러지형 이물질 속에 매립되어 있는 파편형 이물질도 제거하기 곤란한 문제가 있다.
한국 등록특허 제10-1086344호 : 증기발생기 2차측 관판 상부의 전열관 다발 틈새 육안 검사 및 이물질 제거장치
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 복수개의 센서프로브를 열교환기 전열관 튜브에 동시 삽입하여 전열관 외벽에 인접한 금속성 이물질이나 슬러지형 이물질에 대한 비파괴 검사를 실시할 수 있으며, 감지된 이물질들을 제거하여 열교환기의 성능을 높일 수 있는 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치는 인접하는 복수개의 전열관들에 설치되는 센서프로브와, 상기 센서프로브에 전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 센서프로브가 장착된 전열관을 감싸거나 전열관에 인접한 이물질이 존재하는 경우 상기 이물질에 의해 왜곡된 자기장을 통해 이물질의 존재 여부를 판별하는 정보분석부를 포함하며, 상기 센서프로브는 자기센서배열과, 상기 자기센서배열의 전후에 설치되어 상기 전열관에 인접한 이물질을 자화시키기 위한 자기장 인가유닛을 포함한다.
상기 센서프로브는 상기 자기센서배열의 외부를 감싸는 여자코일을 더 포함할 수 있다.
상기 전열관으로 센서프로브를 자동으로 진입 또는 인출하도록 상기 센서프로브를 진퇴 구동하는 자동이송유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 자동이송유닛은 상기 센서프로브에 대응하는 상부인입홈이 회전축방향을 따라 외주면으로부터 내측으로 인입되도록 형성된 상부회전체와, 상기 상부회전체의 하부에 상기 상부회전체와 나란하게 연장되도록 배치되며, 외주면에 내측으로 인입되어 상기 상부회전체와 함께 상기 센서프로브를 지지할 수 있도록 상기 상부인입홈에 대응하는 하부인입홈들이 형성된 하부회전체와, 상기 상부회전체와 하부회전체가 상호 반대방향으로 회전하면서 상기 센서프로브를 전후방향으로 진퇴이송되게 하기 위해 상기 상부회전체와 하부회전체 중 어느 하나 또는 양측 모두를 구동하는 회전체구동부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 자동이송유닛에 의해 전열관으로 진입하는 센서프로브를 상기 진입 대상의 전열관 위치에 대응하도록 배치하기 위해 센서프로브의 배치 위치를 가이드하기 위한 배치보조유닛을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 배치보조유닛은 상하로 이격 설치되는 제1 고정판, 제2 고정판 및 제3 고정판과, 상기 제1 고정판, 제2 고정판을 일정거리 이격되게 지지하기 위한 제1 연결고리 및 제3 연결고리와, 상기 제2 고정판 및 제3 고정판을 일정거리 이격되게 지지하기 위한 제2 연결고리 및 제4 연결고리와, 상기 제1 고정판과 제2 고정판 및 제3 고정판의 상면 또는 하면에 설치되며, 센서프로브를 상기 전열관의 배치 상태에 대응하도록 이격 배치하도록 전열관의 배치 구조에 대응하게 설치되며, 센서프로브가 상기 자동이송유닛에 의해 전후방향으로 진퇴구동할 때, 센서프로브를 진퇴 가능하도록 지지하는 프로브지지구를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제3 연결고리와 제4 연결고리는 상기 제1 고정판 및 제4 고정판으로부터 분리되어 센서프로브가 진입 가능하도록 개방될 수 있으며, 상기 프로부지지구는 볼베어링 또는 실린더베어링인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사방법은 전열관의 내부에 설치되는 것으로 자기센서배열과, 상기 자기센서배열의 전후방에 설치되어 전열관에 인접한 이물질을 자화시키기 위한 자기장 인가유닛을 포함하는 센서프로브를 이용한 검사방법으로, 상기 자기장 인가유닛은 상기 자기센서배열의 전후에 각각 설치되며, 자화코일이 감겨 있는 자기코어를 포함하고, 상기 자화코일에 전류를 인가하여 자기장을 형성하는 단계와, 상기 자기센서배열에서 상기 자기코어들 사이로 발생하는 자속밀도분포를 측정하는 단계와, 자속밀도분포 측정 결과를 통해 이물질에 의해 자속이 집속되어 자속밀도분포의 왜곡이 발생하는지의 여부를 통해 이물질을 판별하는 판별단계를 포함한다.
상기 자기장 인가유닛은 양측 자화코일에 같은 방향의 직류 전류를 인가하여 축방향으로 자기장이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 자기장 인가유닛은 양측 자화코일에 같은 방향의 교류 전류를 인가하면서 축방향으로 교번자기장이 발생하도록 형성될 수 있다.
상기 자기장 인가유닛은 상기 전열관의 반지름 방향으로 자기장을 인가할 수 있도록 양측 자화코일에 서로 반대방향의 전류를 입력하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 열교환기 전열관의 이물질 이송방법은 전열관의 내부에 설치되는 것으로, 자기센서배열과, 상기 자기센서배열의 전후방에 설치되어 전열관에 인접한 이물질을 자화시키기 위한 자기장 인가유닛을 포함하는 센서프로브를 이용하여 열교환기 전열관에 부착되거나 인접한 이물질을 이동시키기 위한 이물질 이송방법으로, 상기 자기장 인가유닛은 상기 자기센서배열의 전후에 각각 설치되며, 자화코일이 감겨 있는 자기코어를 포함하고, 상기 자기코어에 교류자기장을 인가하여, 상기 이물질이 상기 자기코어에서 발생하는 자기장에 의해 자화되도록 하는 단계를 포함하고, 상기 이물질이 투자율 또는 전도율의 차이에 의해 자화되는 속도가 교류 자기장의 방향 변화 속도와 상이하여 시간차가 발생함에 따라 상기 이물질에 진동이 발생하여 이동이 이루어진다.
상기 두 개의 자기코어에 위상이 같거나 서로 다른 교류자기장이 인가되도록 형성될 수 있다.
상기 두 개의 자기코어 중 일측 자기코어에는 교류전류를 인가하여 교류자기장이 형성되도록 함으로 상기 이물질을 진동시키고, 타측 자기코어에는 직류전류가 인가되어 직류자기장이 형성되어 이물질에 대하여 인력이 작용하도록 함으로써 상기 이물질을 진동 및 인력에 의해 이동시키도록 형성될 수 있다.
상기 센서프로브는 복수개가 구비되며, 상기 센서프로브에서 교류자기장을 형성하여 이물질을 진동 및 이송시킨 후, 상기 센서프로브를 다른 전열관으로 이동 장착한 후 다시 교류자기장을 형성하여 이물질을 반복 이송시킬 수 있다.
본 발명에 따른 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치의 구성에 따르면 전열관 내부에 복수개의 센서프로브를 전열관들의 축방향을 따라 동시에 삽입할 수 있고, 모든 전열관들에 대한 이물질 전수검사를 실시할 수 있는 이점이 있다.
아울러 본 발명의 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치는 전열관들에 대한 비파괴검사를 실시함과 더불어 측정된 이물질을 전열관으로부터 분리시켜 제거함으로써 열교환기의 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치가 설치되는 전열관 튜브의 개념도,
도 2는 센서프로브가 전열관의 내부에 장착된 상태를 표시한 부분발췌 사시도,
도 3은 본 발명의 센서프로브의 구성을 표시하기 위한 부분절단 사시도,
도 4는 자기센서배열의 구동을 위한 구동회로의 일 실시예를 도시한 회로도,
도 5는 센서프로브를 자동으로 이송할 수 있는 자동이송유닛의 일 실시예를 도시한 사시도,
도 6은 센서프로브를 전열관들의 배열에 맞춰 배치하도록 보조하는 배치보조유닛의 일 실시예를 도시한 정면도,
도 7은 도 6의 배치보조유닛의 측면도,
도 8 내지 도 12는 센서프로브에서 자기센서배열의 전후에 설치되어 자기장을 인가하는 자기장 인가유닛의 실시예들이
도 13은 도 12의 자기장 인가유닛 실시예에서 자화코일로 같은 방향의 직류전류를 인가할 때 이물질에 자속이 집속되는 현상을 표시한 개념도,
도 14는 도 12의 자기장 인가유닛 실시예에서 자화코일에 서로 반대방향의 전류를 인가할 때 이물질에 자속이 집속되는 형상을 표시한 개념도,
도 15는 도 12의 자기장 인가유닛 실시예에서 자화코일에 입력하는 자기장에 위상차를 부여하여 자기장 세기의 비율이 변화하는 경우 이물질에 자속이 집속되는 형상을 표시한 개념도,
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기 전열관(100)의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치(10)가 설치되는 전열관(100) 튜브의 개념도이다.
도 1에 도시되어 있는 것처럼 통상적으로 열교환기의 전열관(100)들은 횡축행과 종축열을 따라 배치되는데, 인접하는 두 행의 전열관(100)들은 종축이 상호 엇갈리는 방향이 되도록 배치된다.
이하에서 전열관(100)들을 행(R1,R2,R3…) 및 열(C1,C2,C3…)로 구분하여 표기한다.
본 실시예에서는 복수개의 전열관(100)들 중 인접하는 세 개의 전열관(100) 즉, 제1 전열관(100)(R2,C4), 제2 전열관(100)(R1,C5), 제3 전열관(100)(R2,C6)에 센서프로브(200)가 장착된다.
도 1에서 표시된 것처럼 금속 파편형의 이물질(310)이 전열관(100)들의 사이에 존재하거나, 전열관(100)의 외주면에 슬러지형의 이물질(320)이 감싸져 있다고 하면, 상기 센서프로브(200)에 의해 상기 이물질들이 감지될 수 있다.
상기 전열관(100)에 내장되는 센서프로브(200)는 도 2에 도시되어 있는것처럼 전열관(100)의 내부에 삽입되어 있는 상태이며, 삼각형의 꼭지점 위치에 대응하도록 배치가 이루어진다.
도 3에는 본 발명의 센서프로브(200)의 구성을 표시하기 위한 부분절단 사시도가 도시되어 있다.
센서프로브(200)는 원통형으로 배열된 자기센서배열(210)과, 자기센서배열(210)을 둘러싼 여자코일(220)을 포함한다.
상기 여자코일(220)에 교류전류를 인가하면 전열관(100) 튜브 및 전열관(100)의 외부에 위치한 금속성 이물질에서는 유도전류가 생성된다. 이러한 유도전류는 전자기장의 왜곡을 유발하게 되므로, 자기센서배열(210)에 의하여 측정되는 전자기장의 분포를 영상화하면 금속성 이물질의 존재 여부를 확인할 수 있다.
특히 도 1 및 도 2에서 도시되어 있던 것처럼, 횡축행과 종축열의 좌표를 통해 각자 고유번호를 가지는 전열관(100)들에 각각 센서프로브(200)를 삽입하면 각 센서프로브(200)가 동일한 이물질에 대하여 서로 다른 방향으로 전자기장이 왜곡되는 것이 측정되므로, 이러한 복수의 센서프로브(200)들의 측정값을 종합하여 이물질의 형상, 위치, 방향과 같은 정보를 추정할 수 있다.
도 4에는 자기센서배열(210)의 구동을 위한 구동회로의 일 실시예가 도시되어 있다.
원통형으로 배열된 자기센서배열(210)의 원주방향에 센서 구동전원을 순차적으로 입력한다. 자기센서배열(210)로부터 출력되는 신호를 제1 증폭기(410)에서 증폭시킨 다음 신호분기부(420)에서 축방향의 센서신호를 분기한다.
분기된 신호는 필터부(430)를 통과하게 되는데, 필터부(430)는 저대역통과필터(440)와 고역통과필터(450)를 포함한다. 저대역통과필터(440)를 통과한 신호는 직류성분이고, 고역통과필터(450)를 통과한 신호는 교류성분인데, 직류성분은 자호딘 전열관(100) 또는 자화된 이물질의 정보를 포함한다. 그리고 교류성분은 전열관(100) 또는 이물질의 존재, 재질 및 형상의 정보를 포함한다.
필터부(430)를 통과한 신호 중 교류성분신호는 RMS(root-mean-square; 460)와 같은 평활화회로를 통과한 후 직류성분으로 변환된다.
저대역통과필터(440)와 평활화회로를 통과한 신호는 제2 증폭기(470)를 거쳐 증폭된 후 아날로그-디지털 변환기(480)를 거쳐 정보분석부(490)에서 저장, 연산 및 지시된다.
본 실시예에서는 신호 기부의 전단계에서 1차 증폭이 이루어지며, 필터부(430)와 RMS(460) 통과후 2차 증폭이 이루어지도록 설계가 되었으나, 상기 신호 증폭은 본 실시예와는 달리 한번만 증폭이 이루어질 수도 있고, 신호 증폭을 실시하도록 증폭기가 배치되는 위치도 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
이렇게 복수의 센서프로브(200)들에서 측정되는 신호 정보를 통해 금속성 이물질이 존재하는지의 여부를 확인할 수 있으며, 특히 복수개의 센서프로브(200)를 인접하는 전열관(100)들에 동시에 설치하여 다수의 신호를 분석함에 따라 금속성 이물질의 위치나 형상 크기 등의 관련 정보를 더욱 정확하게 추정할 수 있다.
도 5에는 센서프로브(200)를 자동으로 이송할 수 있는 자동이송유닛(500)의 일 실시예가 도시되어 있다.
자동이송유닛(500)은 상부회전체(510)와 하부회전체(520) 및 상부회전체(510)와 하부회전체(520)를 구동하는 회전체구동부(530)를 포함한다.
상부회전체(510)와 하부회전체(520)는 동일한 방향으로 나란하게 연장되는 회전축 상에 회전 가능하게 설치되어 있으며, 상부회전체(510)에는 회전축의 길이방향을 따라 상호 이격 형성되어 있는 상부인입홈(511)이 외주면으로부터 회전축방향을 향해 인입되도록 형성되어 있다. 상기 상부인입홈(511)은 상부회전체(510)의 원주방향을 따라 연장되어 있다.
그리고 하부회전체(520)에도 상기 상부인입홈(511)에 대응하는 하부인입홈(521)이 동일하게 형성되어 있다. 따라서 상기 상부회전체(510)와 하부회전체(520)가 상하로 배치되면 상부인입홈(511)과 하부인입홈(521)에 의해 원통형의 센서프로브(200)가 진입 및 이동할 수 있는 이동공간이 형성된다.
상기 상부회전체(510)와 하부회전체(520)는 강성을 갖는 금속계열의 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 센서프로브(200)와 접촉하게 되는 상부인입홈(511)과 하부인입홈(521)의 표면은 탄성을 갖는 비금속계열의 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 표시되지 않았지만 상부회전체(510)와 하부회전체(520)의 회전에 의해 센서프로브(200)가 일방향 또는 타방향으로 진퇴가 가능해야 하므로 상기 상부인입홈(511)과 하부인입홈(521)에는 센서프로브(200)와의 마찰력을 높일 수 있는 별도의 코팅층이 형성되거나 패턴이 형성될 수도 있다.
상기 회전체구동부(530)는 상부회전체(510)와 하부회전체(520)를 상호 반대 방향이 되도록 회전시키기 위한 것이다.
본 실시예의 경우 구동모터(531)와, 상기 구동모터(531)와 하부회전체(520)를 연결하는 제1 구동연결부(540)와, 상기 구동모터(531)와 상부회전체(510)를 연결하는 제2 구동연결부(550)를 포함한다.
구동모터(531)는 정회전 또는 역회전 방향으로 구동이 이루어질 수 있는 모터이며, 제1 구동연결부(540)는 구동모터(531)의 구동축에 형성되는 제1 구동스프로킷(541)과, 하부회전체(520)의 회전축과 연결되는 제1 종동스프로킷(542)과, 제1 구동스프로킷(541) 및 제1 종동스프로킷(542)을 연결하는 제1 체인(543)을 포함한다.
그리고 제2 구동연결부(550)는 상기 구동모터(531)의 구동축에 연결되는 제1 구동기어(551)와, 상기 제1 구동기어(551)와 치합되는 제1 종동기어(552)와, 상기 제1 종동기와와 동일한 회전축 상에 설치되는 제2 구동스프로킷(553)과, 상기 상부회전체(510)의 회전축에 설치되는 제2 종동스프로킷(554)과, 상기 제2 구동스프로킷(553)과 제2 종동스프로킷(554)을 연결하는 제2 체인(555)을 포함한다.
상기 제2 구동연결부(550)는 제1 구동기어(551)와 제1 종동기어(552)에 의해 구동모터(531)의 구동축이 회전하는 방향과 반대방향으로 상부회전체(510)의 회전축이 회전하도록 동력이 전달된다. 따라서 상부회전체(510)와 하부회전체(520)는 서로 반대방향으로 회전이 이루어지면서 상기 센서프로브(200)를 일방향 또는 타방향으로 이송시킬 수 있다.
본 실시예의 경우 회전체구동부(530)가 상부회전체(510)와 하부회전체(520)를 동시에 회전 구동하도록 되어 있으나, 이와는 달리 상부회전체(510)와 하부회전체(520) 중 어느 한쪽만 회전 구동시키고, 상부회전체(510)와 하부회전체(520)가 상호 기어 연결되어 상부회전체(510)와 하부회전체(520) 중 구동모터(531)로부터 동력을 전달받는 일측이 회전함에 따라 나머지 회전체도 회전 구동이 이루어지도록 할 수도 있다.
또한 도시되지는 않았으나, 상부회전체(510)와 하부회전체(520)를 상호 이격시킬 수 있는 이격수단이 마련되어 있어서 센서프로브(200)를 상부회전체(510)와 하부회전체(520) 사이에 배치할 수 있도록 한다.
더욱이 본 실시예와는 달리 회전체구동부(530)는 체인이 아니라 기어 연결 또는 벨트 연결을 통해 동력 전달이 이루어지도록 형성될 수도 있다.
도 6 및 도 7에는 센서프로브(200)를 전열관(100)들의 배열에 맞춰 배치하도록 보조하는 배치보조유닛(600)의 일 실시예가 각각 정면도와 측면도로 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 것처럼 전열관(100)은 횡축과 종축으로 일정한 간격을 두며, 횡방향 및 종방향을 따라 각각의 전열관(100)들이 상호 어긋난 위치가 되도록 배열된다. 따라서 상기 자동이송유닛(500)에 의해 이송되는 센서프로브(200)들을 이러한 전열관(100)의 배치상태에 대응하도록 재배열하여 전열관(100)으로의 삽입 및 인출을 가이드하기 위한 배치보조유닛(600)을 마련한다.
상기 배치보조유닛(600)은 상하로 이격된 세개의 고정판 즉 제1 고정판(610)과 제2 고정판(620) 및 제3 고정판(630)을 포함하고, 상기 고정판들에 설치되어 센서프로브(200)들을 회전 가능하게 지지하는 프로브지지구(640)를 포함한다.
제1 고정판(610)과 제2 고정판(620)은 각각 제1 연결고리(651)와 제3 연결고리(653)에 의해 상하 거리가 일정하게 유지되도록 연결된다. 그리고 제2 고정판(620)과 제3 고정판(630)은 제2 연결고리(652)와 제4 연결고리(654)에 의해 상하 거리가 일정하게 유지되도록 연결된다.
상기 제1 연결고리(651)와 제2 연결고리(652)는 제1 고정판(610)과 제2 고정판(620) 및 제3 고정판(630)의 일측을 연결하고, 제3 연결고리(653)와 제4 연결고리(654)는 제1 고정판(610)과 제2 고정판(620) 및 제3 고정판(630)의 타측을 연결하며, 특히 제3 연결고리(653)와 제4 연결고리(654)는 제1 고정판(610) 및 제3 고정판(630)에 대하여 분리 가능하게 형성되어 있어서 제3 연결고리(653)와 제4 연결고리(654)를 개방한 후 센서프로브(200)를 내측으로 진입시킬 수 있다.
상기 프로브지지구(640)는 제1 고정판(610)과 제2 고정판(620) 및 제3 고정판(630)에서 센서프로브(200)가 지지되는 지지위치에 대응하도록 마련되는데, 센서프로브(200)의 양측 상부와 양측 하부를 지지할 수 있는 볼베어링 또는 실리더베어링이 적용된다.
센서프로브(200)는 자동이송유닛(500)에 의해 진퇴하며, 배치보조유닛(600)에 의해 전열관(100)의 배치에 대응하도록 정렬되어 전열관(100)들로 용이하게 진입하거나 인출될 수 있다.
도 8 내지 도 12에는 센서프로브(200)에서 자기센서배열(210)의 전후에 설치되어 자기장을 인가하는 자기장 인가유닛(700)의 실시예들이 도시되어 있다.
자기장 인가유닛(700)은 자기장 인가를 위해 자화코일(720)을 각각 감은 두 개의 자기코어(710)를 포함하도록 구성된다.
도 8은 자기코어(710)의 방향은 자화코일(720)이 안쪽에 있으면서 서로 마주보고 이격된 경우이다.
도 9는 자화코일(720)이 안쪽에 있으면서 서로 마주보고 일체화된 경우이고, 도 10은 자화코일(720)이 각각 안쪽과 바깥쪽에 있으면서 나란하게 이격된 경우, 도 11은 자화코일(720)이 안쪽에 있으면서 서로 마주보면서 단차를 가지고 일체화된 경우이며, 도 12는 자화코일(720)이 바깥쪽에 있으면서 서로 마주보고 이격된 경우를 도시한 것이다.
이렇게 자기장 인가유닛(700)은 다양한 형태로 형성될 수 있지만 본 실시예의 경우 도 12에 도시된 것처럼 자화코일(720)이 바깥쪽에 있으면서 서로 마주보고 이격된 형태로 자기장 인가유닛(700)이 형성된다.
도 13을 참조하면, 도 12에서와 같이 자화코일(720)이 바깥쪽에 있으면서 서로 마주보고 이격된 형태로 자기장 인가유닛(700)이 형성될 때, 자화코일(720)로 같은 방향의 직류 전류를 인가하면, 축방향으로 자기장이 발생한다. 이 때 자기장은 축방향으로 평행한 자속을 형성한다. 하지만 이물질이 존재하면, 이물질로 자속이 집속되어 자속밀도분포의 왜곡이 발생한다.
센서프로브(200)의 자기센서배열(210)로 자속밀도분포를 측정하면, 이물질의 존재에 기인한 자속밀도의 변화를 영상화할 수 있다.
만약 자화코일(720)에 같은 방향의 교류전류를 인가한다면, 축방향으로 교번자기장이 발생하게 되며, 이물질이 도전체인 경우에는 교번자기장에 의해 유도전류가 발생하게 되므로, 결과적으로 자속밀도분포의 왜곡이 발생하게 되며, 이를 통해 이물질의 존재 여부를 확인할 수 있다.
한편, 에지효과(edge effect)에 의하여 자속 또는 유도전류는 이물질의 모서리부분에 강하게 집속된다. 따라서, 자속밀도분포에서 강한 자속밀도의 세기를 나타내는 영역에 이물질이 인접하거나, 모서리가 위치하고 있음을 평가할 수 있다.
도 14를 참조하면, 도 13에서와 마찬가지로 자화코일(720)이 바깥쪽에 있으면서 서로 마주보고 이격된 형태로 자기장 인가유닛(700)이 형성될 때, 도 13에서의 실시예와는 달리 이번에는 자화코일(720)에 입력하는 전류를 서로 반대방향으로 입력하면, 전류의 방향이 서로 반대방향이 되고, 결과적으로 서로 마주보는 방향의 자기장이 형성된다.
서로 마주보는 방향의 자기장은 척력이 작용하므로, 결과적으로 전열관(100)의 반지름 방향으로 자기장을 인가할 수 있고, 이물질에는 자속이 집속되어 자속밀도분포의 변화를 유발하여 이를 통해 이물질의 존재 여부와, 형상 및 방향 정보를 확인할 수 있다.
도 15는 코일이 바깥쪽에 있으면서 서로 마주보고 이격된 형태로 자기장 인가유닛(700)이 형성될 때, 두 개의 코일에 입력하는 자기장에 위상차를 부여함으로서, 자기장 세기의 비율이 변화하는 경우를 표시한 것이다.
도 15에 도시된 실시예의 경우 좌측의 자화코일(720)에 큰 전류를 입력하고, 우측의 자화코일(720)에는 상대적으로 작은 반대방향 전류를 입력하면, 서로 마주보는 자기장이 인가되지만 축방향의 위치가 바뀐다. 그리고 좌측 자화코일(720)과 우측 자화코일(720)에 크기가 같고 위상이 다른 정현파를 입력하면, 반지름방향의 자기장은 축방향으로 이동하게 된다.
이렇게 전열관(100)들의 사이에 존재하는 이물질을 확인한 다음에는 이 이물질을 이동시켜 전열관(100)들로부터 제거할 수 있다.
이물질을 전열관(100)들로부터 이격시키기 위해서 먼저 센서프로브(200)의 자기코어(710)에 위상이 같은 교류 자기장을 인가한다.
이때 이물질은 교류자기장에 의해 자화된다. 또한 투자율 또는 전도율의 차이에 의해 자화되는 속도는 인가되는 교류자기장과 시간차가 발생한다. 즉, 자화된 이물질에 인력 또는 척력이 작용하는 자기장을 연속적으로 인가하게 되고, 결과적으로 이물질이 진동하면서 슬러지형 이물질(320)의 경우 전열과의 표면으로부터 이탈하게 되고, 파편형의 이물질(310)의 경우에도 센서프로브(200)가 설치된 전열관(100)으로부터 이격된 위치로 이동하게 된다.
이물질을 전열관(100)으로부터 이격시키기 위해 센서프로브(200)의 자기코어(710)에 위상이 서로 다른 교류자기장을 인가할 수도 있다. 이 경우 이물질은 불규칙적인 교류 자기장에 의해 자화되면서 진동하게 되고, 전열관(100)으로부터 분리 및 이격된다.
또한 센서프로브(200)의 두 개의 자기코어(710) 중 어느 하나에는 교류전류를 인가하고, 다른 하나에는 직류전류를 인가하여 각각의 자기코어(710)에서 교류자기장과 직류자기장이 형성되도록 할 수 있다. 이 경우 교류자기장은 진동을 유발하고, 직류자기장은 인력으로 작용되므로 교류자기장을 형성하는 센서프로브(200)로부터는 이격시키면서 또 다른 직류자기장을 형성하는 센서프로브(200)로 당기는 이동을 실시할 수 있다. 이러한 작용을 반복하면서 센서프로브(200)들에 직류자기장과 교류자기장을 선택적으로 인가하면 슬러지를 원하는 방향으로 이동시키는 것이 가능하다.
상기 자동이송유닛(500)을 통해 센서프로브(200)를 원하는 전열관(100)으로 이동시켜가면서 이물질을 진동 및 이동시킴으로써 원하는 방향으로 이송할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 열교환기 전열관(100)의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치(10)는 전열관(100)의 표면에 부착되는 슬러지형의 이물질(320)이나 전열관(100)들의 사이에 위치하는 파편형 이물질(310)의 존재 여부를 확인함과 동시에 해당 이물질을 원하는 방향으로 이송시켜 제거할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
10: 열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치
100: 전열관
200: 센서프로브
210: 자기센서배열 220: 여자코일
310: 파편형 이물질 320: 슬러지형 이물질
410: 제1 증폭기 420: 신호분기부
430: 필터부 440: 저대역통과필터
450: 고대역통과필터 460: RMS
470: 제2 증폭기 480: 아날로그-디지털 변환기
490: 정보분석부
500: 자동이송유닛
510: 상부회전체 511: 상부인입홈
520: 하부회전체 521: 하부인입홈
530: 회전체구동부 531: 구동모터
540: 제1 구동연결부 541: 제1 구동스프로킷
542: 제1 종동스프로킷 543: 제1 체인
550: 제2 구동연결부 551: 제1 구동기어
552: 제1 종동기어 553: 제2 구동스프로킷
554: 제2 종동스프로킷 555: 제2 체인
600: 배치보조유닛
610: 제1 고정판 620: 제2 고정판
630: 제3 고정판 640: 프로브지지구
651: 제1 연결고리 652: 제2 연결고리
653: 제3 연결고리 654: 제4 연결고리
700: 자기장 인가유닛
710: 자기코어 720: 자화코일

Claims (15)

  1. 인접하는 세 개의 전열관들에 삽입설치되되, 삼각형의 꼭지점 위치에 대응하도록 배치되는 세 개의 센서프로브와;
    상기 센서프로브에 전원을 공급하는 전원공급부와;
    상기 센서프로브가 장착된 전열관을 감싸거나 전열관에 인접한 이물질이 존재하는 경우 상기 이물질에 의해 왜곡된 자기장을 통해 이물질의 존재 여부를 판별하는 정보분석부를 포함하며,
    상기 센서프로브는 자기센서배열과, 상기 자기센서배열의 전후에 각각 설치되어 상기 전열관에 인접한 이물질을 자화시키기 위한 두 개의 자기코어를 구비하는 자기장 인가유닛을 포함하되,
    상기 자기장 인가유닛의 두 개의 자기코어는 위상이 동일하거나 서로 다른 교류전원이 각각 입력되거나, 어느 하나는 교류전원이 입력되고 다른 하나는 직류전원이 입력되어 전열관에 인접하거나 부착된 이물질을 진동 및 이동시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는
    열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서프로브는 상기 자기센서배열의 외부를 감싸는 여자코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전열관으로 센서프로브를 자동으로 진입 또는 인출하도록 상기 센서프로브를 진퇴 구동하는 자동이송유닛을 더 포함하는
    열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 자동이송유닛은 상기 센서프로브에 대응하는 상부인입홈이 회전축방향을 따라 외주면으로부터 내측으로 인입되도록 형성된 상부회전체와,
    상기 상부회전체의 하부에 상기 상부회전체와 나란하게 연장되도록 배치되며, 외주면에 내측으로 인입되어 상기 상부회전체와 함께 상기 센서프로브를 지지할 수 있도록 상기 상부인입홈에 대응하는 하부인입홈들이 형성된 하부회전체와,
    상기 상부회전체와 하부회전체가 상호 반대방향으로 회전하면서 상기 센서프로브를 전후방향으로 진퇴이송되게 하기 위해 상기 상부회전체와 하부회전체 중 어느 하나 또는 양측 모두를 구동하는 회전체구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 자동이송유닛에 의해 전열관으로 진입하는 센서프로브를 상기 진입 대상의 전열관 위치에 대응하도록 배치하기 위해 센서프로브의 배치 위치를 가이드하기 위한 배치보조유닛을 더 구비하는
    열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 배치보조유닛은 상하로 이격 설치되는 제1 고정판, 제2 고정판 및 제3 고정판과,
    상기 제1 고정판, 제2 고정판을 일정거리 이격되게 지지하기 위한 제1 연결고리 및 제3 연결고리와,
    상기 제2 고정판 및 제3 고정판을 일정거리 이격되게 지지하기 위한 제2 연결고리 및 제4 연결고리와,
    상기 제1 고정판과 제2 고정판 및 제3 고정판의 상면 또는 하면에 설치되며, 센서프로브를 상기 전열관의 배치 상태에 대응하도록 이격 배치하도록 전열관의 배치 구조에 대응하게 설치되며, 센서프로브가 상기 자동이송유닛에 의해 전후방향으로 진퇴구동할 때, 센서프로브를 진퇴 가능하도록 지지하는 프로브지지구를 구비하는 것을 특징으로 하는
    열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제3 연결고리와 제4 연결고리는 상기 제1 고정판 및 제4 고정판으로부터 분리되어 센서프로브가 진입 가능하도록 개방될 수 있으며,
    상기 프로브지지구는 볼베어링 또는 실린더베어링인 것을 특징으로 하는
    열교환기 전열관의 이물질 비파괴 검사 및 분리장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 전열관의 내부에 설치되는 것으로, 자기센서배열과, 상기 자기센서배열의 전후방에 설치되어 전열관에 인접한 이물질을 자화시키기 위한 자기장 인가유닛을 포함하는 센서프로브를 이용하여 열교환기 전열관에 부착되거나 인접한 이물질을 이동시키기 위한 열교환기 전열관의 이물질 이송방법에 있어서,
    상기 자기장 인가유닛은 상기 자기센서배열의 전후에 각각 설치되며, 자화코일이 감겨 있는 자기코어를 포함하고,
    상기 자기코어에 교류자기장을 인가하여, 상기 이물질이 상기 자기코어에서 발생하는 자기장에 의해 자화되도록 하는 단계를 포함하고,
    상기 이물질이 투자율 또는 전도율의 차이에 의해 자화되는 속도가 교류 자기장의 방향 변화 속도와 상이하여 시간차가 발생함에 따라 상기 이물질에 진동이 발생하여 이동이 이루어지는 것을 특징으로 하는
    열교환기 전열관의 이물질 이송방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 두 개의 자기코어에 위상이 같거나 서로 다른 교류자기장이 인가되도록 형성된 것을 특징으로 하는
    열교환기 전열관의 이물질 이송방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 두 개의 자기코어 중 일측 자기코어에는 교류전류를 인가하여 교류자기장이 형성되도록 함으로 상기 이물질을 진동시키고,
    타측 자기코어에는 직류전류가 인가되어 직류자기장이 형성되어 이물질에 대하여 인력이 작용하도록 함으로써 상기 이물질을 진동 및 인력에 의해 이동시키도록 된 것을 특지응로 하는
    열교환기 전열관의 이물질 이송방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 센서프로브는 복수개가 구비되며,
    상기 센서프로브에서 교류자기장을 형성하여 이물질을 진동 및 이송시킨 후,
    상기 센서프로브를 다른 전열관으로 이동 장착한 후 다시 교류자기장을 형성하여 이물질을 반복 이송시키도록 된 것을 특징으로 하는
    열교환기 전열관의 이물질 이송방법.

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