KR102397126B1 - 냉각 장치 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 냉각 장치 모니터링 장치에 관한 것이다. 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉각 장치 모니터링 장치는 적외선 신호를 생성하고, 생성된 적외선 신호를 출력하는 발광 센서 및 상기 적외선 신호가 팬의 회전에 의해 변형된 적외선 펄스 신호를 수신하는 수광 센서를 통해 상기 냉각 장치를 모니터링 하는 센서부, 적외선 펄스 신호에 기반하여 상기 팬의 평균 회전수를 산출하고, 상기 평균 회전수에 기초하여 상태 이상 신호를 생성하는 연산부, 상태 이상 신호에 따라 상기 팬의 상태 정보를 출력하는 출력부 및 센서부, 상기 연산부 및 상기 출력부에 전원을 공급하는 전원부를 포함한다.

Description

냉각 장치 모니터링 장치{APPARATUS FOR MONITORING COOLING UNIT}

본 명세서는 냉각 장치 모니터링 장치에 관한 것이다.

원자력, 수력, 화력 발전소에는 발전소의 가동을 제어하는 아날로그 혹은 디지털 제어 시스템을 사용한다. 이러한 제어 시스템은 구동 시 필연적으로 열이 발생하는데, 발생한 열을 없애기 위해서는 냉각 장치(예컨대, 팬(Fan))가 필수적이다.

냉각 장치는 제어 시스템의 특성에 따라 발열 되는 부분에 배치되고, 발생한 열 및 내부의 뜨거운 공기를 외부로 배출시켜 제어 시스템 내부의 온도를 정상적인 온도로 유지하는 역할을 한다. 또한, 냉각 장치는 공기 흐름을 유도하여 제어 시스템 내부에 먼지가 쌓이는 것을 방지하는 역할 또한 수행한다.

그러나, 냉각 장치는 사용 시간이 길어짐에 따라 노후화에 따른 결함이나 먼지 등 이물질이 냉각팬 베어링에 윤활유(구리스)와 접합하여 단단히 굳는 상황이 빈번하게 발생한다. 이 경우 냉각 장치가 정상적으로 동작하지 않게 되고 제어 시스템의 온도가 상승하여 치명적인 결함을 유발할 수 있다.

이러한 사고를 대비하기 위해 냉각 장치를 주기적으로 교체하는 계획 예방 정비(Over haul)를 수행한다. 그러나, 계획 예방 정비만으로는 갑작스럽게 발생하는 결함에 대해서는 대처가 미흡한 실정이다.

따라서, 냉각 장치를 모니터링하여 즉각적으로 냉각 장치의 결함을 확인할 수 있는 장치의 필요성이 요구된다.

본 명세서의 목적은 팬의 평균 회전수에 기초하여 팬의 상태 정보를 출력함으로써 제어 시스템의 동작 이상에 신속하게 대처할 수 있는 냉각 장치 모니터링 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 명세서의 목적은 외부에서 팬으로 공급되는 전원을 이용함으로써 별도의 전원 공급장치 없이 간편하게 설치 할 수 있는 냉각 장치 모니터링 장치를 제공하는 것이다.

본 명세서의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 명세서의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 명세서의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 명세서의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 명세서의 일 실시예에 따른 냉각 장치 모니터링 장치는 적외선 신호를 생성하고, 생성된 적외선 신호를 출력하는 발광 센서 및 상기 적외선 신호가 팬의 회전에 의해 변형된 적외선 펄스 신호를 수신하는 수광 센서를 통해 상기 냉각 장치를 모니터링 하는 센서부, 적외선 펄스 신호에 기반하여 상기 팬의 평균 회전수를 산출하고, 상기 평균 회전수에 기초하여 상태 이상 신호를 생성하는 연산부, 상태 이상 신호에 따라 상기 팬의 상태 정보를 출력하는 출력부 및 센서부, 상기 연산부 및 상기 출력부에 전원을 공급하는 전원부를 포함한다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 외선 신호는 팬의 날개가 상기 발광 센서와 상기 수광 센서의 사이를 회전하며 상기 적외선 펄스 신호로 변형된다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 연산부는 미리 설정된 시간 동안 발생하는 상기 적외선 펄스 신호의 횟수를 카운팅하여 상기 팬의 평균 회전수를 산출한다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 팬의 날개의 일측면에는 상기 적외선을 반사하는 적외선 반사판이 구비되고, 적외선 신호는 상기 적외선 반사판의 회전 주기에 따라 상기 적외선 펼스 신호로 변형된다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 연산부는 팬의 평균 회전수가 미리 설정된 기준 회전수 이하이면 상기 상태 이상 신호를 생성한다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 팬의 회전 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 제어부는 상기 상태 이상 신호가 생성되면 상기 팬의 회전 속도를 미리 설정된 기준 속도로 증가시킨다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 출력부는 상태 이상 신호에 따라 서로 다른 색의 경보등(LED)을 점등 시키거나, 인간-기계연계장치(Human Machine Interface, HMI)의 화면에 알림 화면을 표시하여 상기 팬의 상태 정보를 출력한다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 전원부는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하거나 직류 전압의 크기를 변환하는 컨버터를 포함하고, 외부에서 상기 팬으로 공급되는 자유입력전압(Free Voltage)을 상기 컨버터를 통해 특정 크기의 직류 전압으로 변환하여 전원을 공급한다.

본 명세서의 일 실시예에 따른 냉각 장치 모니터링 장치는 팬의 평균 회전수에 기초하여 팬의 상태 정보를 출력함으로써 제어 시스템의 동작 이상에 신속하게 대처할 수 있다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉각 장치 모니터링 장치는 외부에서 팬으로 공급되는 전원을 이용함으로써 별도의 전원 공급장치 없이 간편하게 설치 할 수 있다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉각 장치 모니터링 장치의 구성도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉각 장치 모니터링 장치의 블록도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에서 센서부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 명세서의 다른 실시예에서 센서부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시예에서 출력부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시예에서 전원부 및 연산부를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 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.

제1, 제2, A, B 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.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉각 장치 모니터링 장치의 구성도이고, 도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉각 장치 모니터링 장치의 블록도이고, 도 3은 본 명세서의 일 실시예에서 센서부를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 명세서의 다른 실시예에서 센서부를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 명세서의 일 실시예에서 출력부를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 명세서의 일 실시예에서 전원부 및 연산부를 나타낸 도면이다. 이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 냉각 장치 모니터링 장치를 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 냉각 장치 모니터링 장치(100)는 팬(Fan)의 회전을 통해 발전소 제어 시스템을 냉각하는 냉각 장치를 모니터링 하는 장치로써, 센서부(110), 연산부(120), 출력부(130) 및 전원부(140)를 포함한다.

센서부(110)는 발광 센서 및 수광 센서를 통해 냉각 장치를 모니터링 한다. 여기서, 발광 센서는 적외선 신호를 생성하는 센서로써, 생성된 적외선 신호를 팬으로 출력하고, 수광 센서는 발광 센서에 의해 출력된 적외선 신호가 팬의 회전에 의해 변형된 적외선 펄스 신호를 수신한다.

또한, 연산부(120)는 수신된 적외선 펄스 신호에 기반하여 팬의 평균 회전수를 산출한다. 여기서 연산부(120)는 아두이노를 포함할 수 있고, 아두이노를 이용하여 평균 회전수의 연산을 수행할 수 있다.

상세하게, 본 명세서의 일 실시예에서 발광 센서와 수광 센서는 도 3에 도시된 바와 같이, 팬의 날개를 가운데에 두고 마주보는 방향으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 팬의 날개가 발광 센서와 수광 센서의 사이를 회전하며 적외선 신호가 적외선 펄스 신호로 변형될 수 있다.

즉, 팬의 날개 부분이 발광 센서와 수광 센서 사이에 위치하면 출력된 적외선 신호가 팬의 날개에 의해 차단되어 수광 센서가 적외선 신호를 수신하지 못하고, 팬의 날개 사이의 공간이 발광 센서와 수광 센서 사이에 위치하면 수광 센서가 적외선 신호를 수신한다.

따라서, 팬의 날개 회전에 따라 수광 센서가 적외선 신호의 수신, 비수신을 반복하면서 적외선 신호는 적외선 펄스 신호로 변형되고, 수광 센서는 변형된 적외선 펄스 신호를 수신한다. 이와 같이, 수광 센서에 수신된 적외선 펄스 신호는 통신 포트를 통해 연산부로 전송된다.

한편, 연산부(120)는 미리 설정된 시간 동안 발생하는 적외선 펄스 신호의 횟수를 카운팅하여 팬의 평균 회전수를 산출한다. 적외선 펄스 신호는 팬의 날개 회전 속도가 빠르면 짧은 주기를 갖고, 팬의 날개 회전 속도가 느리면 긴 주기를 갖는다. 따라서, 팬의 날개 회전 속도가 빠를 수록 높은 평균 회전수가 될 수 있다.

본 명세서의 다른 실시예에서 발광 센서와 수광 센서는 도 4에 도시된 바와 같이, 팬을 바라보는 방향으로 나란히 위치할 수 있다. 또한, 팬의 날개의 일측면에는 적외선을 반사하는 적외선 반사판이 구비될 수 있다.

발광 센서로부터 출력된 적외선 신호는 적외선 반사판과 접촉되는 경우 반사되어 수광 센서가 적외선 신호를 수신할 수 있으나, 팬의 회전에 따라 적외선 반사판과 접촉되지 않는 경우 수광 센서는 적외선 신호를 수신할 수 없다.

따라서, 적외선 신호는 팬의 날개에 구비된 적외선 반사판의 회전 주기에 따라 적외선 펄스 신호로 변경된다.

연산부(120)는 미리 설정된 시간 동안 발생하는 적외선 펄스 신호의 횟수를 카운팅하여 팬의 평균 회전수를 산출한다. 이때, 미리 설정된 시간은 1분일 수 있고, 이 경우 평균 회전수는 분당 회전수(Revolutions Per Minute, RPM)일 수 있다.

이와 같이, 적외선 반사판을 이용하는 경우 발광 센서와 수광 센서가 팬을 기준으로 같은 방향에 배치되므로 구조적으로 간편한 설치가 가능하다.

또한, 본 명세서의 다른 실시예에서 냉각 장치 모니터링 장치는 하나의 발광 센서와 두개의 수광 센서를 포함할 수 있다. 이에 따라, 팬의 날개를 기준으로 일측에 발광 센서가 배치되고, 하나의 수광 센서는 발광 센서의 반대 편에, 다른 하나의 수광 센서는 발광 센서와 같은 편에 배치될 수 있다.

이와 같이, 서로 다른 위치에 배치된 복수의 수광 센서를 이용하는 경우 연산부(120)는 2개의 적외선 펄스 신호를 통해 정확한 팬의 평균 회전수를 산출할 수 있다.

연산부(120)는 평균 회전수를 산출한 이후, 산출된 평균 회전수에 기초하여 상태 이상 신호를 생성한다.

상세하게, 연산부(120)는 팬의 평균 회전수를 미리 설정된 기준 회전수와 비교하고, 팬의 평균 회전수가 기준 회전수 이하이면 이상 상태로 판단하여 상태 이상 신호를 생성한다.

본 명세서의 일 실시예에서 연산부(120)는 제1 기준 회전수와 제1 기준 회전수보다 작은 값인 제2 기준 회전수를 미리 설정할 수 있다. 또하, 연산부(120)는 팬의 평균 회전수에 따라 서로 다른 상태 이상 신호를 생성할 수 있다.

예컨대, 제1 기준 회전수가 80rpm이고, 제2 기준 회전수가 20rpm인 경우 팬의 평균 회전수가 60 rpm이면 연산부(120)는 '이상 동작'에 대한 상태 이상 신호를 생성하고, 팬의 평균 회전수가 10 rpm이면 연산부(120)는 '고장'에 대한 상태 이상 신호를 생성한다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에서 냉각 장치 모니터링 장치는 팬의 회전 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부는 상태 이상 신호가 생성되면 팬의 회전 속도를 미리 설정된 기준 속도로 증가시킬 수 있다. 여기서 미리 설정된 기준 속도는 정상 상태의 팬의 회전 속도일 수 있다.

이에 따라, 이상 상태 신호가 출력되어 관리자의 조치가 취해지기 전 팬의 회전 속도 조절을 통해 냉각 장치의 냉각 성능을 유지시켜 발전소 제어 시스템의 고장을 예방할 수 있다.

출력부(130)는 연산부(120)에서 생성된 상태 이상 신호에 따라 상기 팬의 상태 정보를 출력한다. 구체적으로, 출력부(130)는 상태 이상 신호에 따라 경보등(LED)을 점등 또는 소등 시키거나, 인간-기계연계장치(Human Machine Interface, HMI)의 화면에 알림 화면을 표시하여 상기 팬의 상태 정보를 출력한다.

예컨대, 도 5를 참조하면 출력부(130)는 정상 상태의 경우 GREEN LED를 ON 상태로 유지하다가 통신 포트를 통해 '이상 동작'에 대한 상태 이상 신호를 수신하면 YELLOW LED를, '고장'에 대한 상태 이상 신호를 수신하면 RED LED를 점등할 수 있다.

이와 같이, 출력부(130)는 세분화된 상태 이상 신호에 대응하여 서로 다른색의 LED를 출력함으로써 발전소 제어 시스템의 관리자가 팬의 이상 상태 정도를 판단할 수 있고, 이에 대응하는 신속한 대처를 할 수 있다.

전원부(140)는 센서부, 연산부 및 출력부에 전원을 공급한다. 도 6을 참조하면, 전원부(140)는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하거나 직류 전압의 크기를 변환하는 컨버터를 포함하고, 외부에서 팬으로 공급되는 자유입력전압(Free Voltage)을 컨버터를 통해 특정 크기의 직류 전압으로 변환하여 전원을 공급한다.

외부에서 공급되어 냉각 장치인 팬으로 입력되는 전압은 110 VAC, 110 VDC, 24 VDC, 220 VAC 등의 자유입력전압으로 다양할 수 있다. 전원부(140)는 컨버터를 통해 자유입력전압을 특정 크기의 직류 전압으로 변환한다. 예컨대, 특정 크기의 직류 전압은 5 VDC일 수 있다. 따라서, 전원부(140)는 입력 전압의 종류 또는 크기와 관계 없이 연산부에 일정한 전압을 공급할 수 있다.

한편, 전원부(140)는 PCB기판을 포함할 수 있고, PCB 기판을 통해 외부에서 팬으로 공급되는 전압을 이용할 수 있다. 즉, 전원부(140)는 팬으로 공급되는 전압(예컨대, 220 VAC)을 병렬 처리하여 두개의 출력으로 분리하고, 분리된 220 VAC 전압 중 하나를 컨버터를 통해 5 VDC로 변환시켜 연산부(120)에 공급한다.

이후, 연산부(120)에 공급된 전압은 도 2에 도시된 바와 같이 연산부(120)를 통해 센서부(110) 및 출력부(130)에 인가될 수 있다.

이와 같이, 외부에서 팬으로 공급되는 전압을 이용하는 경우 별도의 전원 공급 장치가 필요하지 않으므로 간편하게 냉각 장치 모니터링 장치를 설치할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (8)

1. 팬(Fan)의 회전을 통해 발전소 제어 시스템을 냉각하는 냉각 장치를 모니터링 하는 장치에 있어서,
   적외선 신호를 생성하고, 상기 생성된 적외선 신호를 출력하는 발광 센서 및 상기 적외선 신호가 상기 팬의 회전에 의해 변형된 적외선 펄스 신호를 수신하는 수광 센서를 통해 상기 냉각 장치를 모니터링 하는 센서부;
   상기 적외선 펄스 신호에 기반하여 상기 팬의 평균 회전수를 산출하고, 상기 평균 회전수에 기초하여 상태 이상 신호를 생성하는 연산부;
   상기 상태 이상 신호에 따라 상기 팬의 상태 정보를 출력하는 출력부;
   상기 센서부, 상기 연산부 및 상기 출력부에 전원을 공급하는 전원부; 및
   상기 팬의 회전 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 센서부는 하나의 발광 센서와 두개의 수광 센서를 포함하고,
   상기 팬의 날개를 기준으로 일측에 상기 발광 센서가 배치되고, 상기 두개의 수광 센서 중 하나는 상기 발광 센서의 반대편에 배치되며, 다른 하나는 상기 발광 센서와 같은편에 배치되고,
   상기 팬의 날개의 일측면에는 상기 적외선을 반사하는 적외선 반사판이 구비되고,
   상기 적외선 신호는 상기 적외선 반사판의 회전 주기에 따라 상기 적외선 펄스 신호로 변형되고,
   상기 연산부는
   상기 팬의 평균 회전수가 미리 설정된 기준 회전수 이하이면 상기 상태 이상 신호를 생성하고, 상기 제어부는 상기 상태 이상 신호가 생성되면 상기 팬의 회전 속도를 정상 상태의 팬의 회전 속도로 증가시키는
   냉각 장치 모니터링 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 적외선 신호는
   상기 팬의 날개가 상기 발광 센서와 상기 수광 센서의 사이를 회전하며 상기 적외선 펄스 신호로 변형되는
   냉각 장치 모니터링 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 연산부는
   미리 설정된 시간 동안 발생하는 상기 적외선 펄스 신호의 횟수를 카운팅하여 상기 팬의 평균 회전수를 산출하는
   냉각 장치 모니터링 장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 출력부는
   상기 상태 이상 신호에 따라 서로 다른 색의 경보등(LED)을 점등 시키거나, 인간-기계연계장치(Human Machine Interface, HMI)의 화면에 알림 화면을 표시하여 상기 팬의 상태 정보를 출력하는
   냉각 장치 모니터링 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 전원부는
   교류 전압을 직류 전압으로 변환하거나 직류 전압의 크기를 변환하는 컨버터를 포함하고,
   외부에서 상기 팬으로 공급되는 자유입력전압(Free Voltage)을 상기 컨버터를 통해 특정 크기의 직류 전압으로 변환하여 전원을 공급하는
   냉각 장치 모니터링 장치.
   

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