KR102406400B1 - 연속열처리로의 에너지 절감 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속열처리로의 각 영역별 최적 온도를 설정하는 온도설정단계; 상기 연속열처리로의 운전에 따라 각 영역별로 구비되는 온도센서를 통하여 온도를 측정하여 획득되는 온도측정값획득단계; 상기 온도측정값획득단계에 의해 얻게 되는 온도측정값과, 상기 온도설정단계에 의해 설정된 설정온도값을 비교하게 되는 온도값비교단계; 상기 온도값비교단계에 의해 비교된 비교값이 설정온도 이상인 경우 회귀분석을 통하여 예상되는 에너지절감량을 산출하는 단계;와,
연속열처리로의 각 개별열처리로에 각각 구비되는 온도센서; 상기 각 개별열처리로의 최적 온도를 설정하기 위한 온도설정부; 상기 온도센서들에 의해 검출되는 각 열처로의 온도를 실시간 측정하여 얻게 되는 온도측정값을 상기 온도설정부에 의해 설정된 설정온도값과 비교하게 되는 비교판단부; 상기 비교판단부의 판단에 따라 온도설정값 대비 온도측정값이 높을 경우 예상되는 에너지절감량을 분석하는 회귀분석부; 상기 비교판단부의 판단에 따라 온도설정값 대비 온도측정값이 낮을 경우 각 열처로 중 해당 개별열처리로의 버너를 동작시키기 위한 구역별버너운전제어부;
를 포함하는 연속열처리로의 에너지 절감 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

Description

연속열처리로의 에너지 절감 시스템 및 제어 방법{Energy saving systems and control methods for continuous heat treatment}

본 발명은 연속열처리로에서 버너 운전의 제어와 가스공급제어를 통하여 연속열처리로 운전에 소요되는 에너지를 절감하기 위한 것으로, 상기한 연속열처리로의 영역별로 구비되는 온도센서에 의해 획득되는 온도측정값과 설정된 온도값을 비교하여 버너부의 동작과 가스공급밸브에 제어신호를 전달하되, 연속열처리로의 영역별로 상기 온도센서에 의해 측정되는 온도가 설정온도 이상일 경우에 회귀분석에 의해 에너지절감량을 산출하여, 온도와 분위기가스량에 따른 전력 최적화 조건이 가능하도록 하여 에너지 사용량을 최적화 하도록 하는, 연속열처리로의 에너지 절감 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.

금속을 소재로 하는 부품은 사용처 및 용도에 따라 기계적 물성을 부여하기 위해 열처리가 필요하고, 이와 같은 열처리를 위한 장비 또는 장치로 열처리로가 활용된다.

상기한 열처리로에는 전기에 의한 전열방식과 가스에 의한 가스히팅방식으로 구분되며, 열처리로의 특성상 상당한 에너지를 필요로 하게 된다.

전기를 이용한 전열방식의 경우, 열선봉을 열처리로에 결합하여 전력공급에 의해 상기 열선봉을 발열시켜 열처리로의 열원으로 사용하고 있다. 이러한 전열방식의 경우 온도 제어가 용이한 장점은 있으나 열선봉의 열처리로 인한 경도부여 내지 고온에 따른 열선 파손 등이 발생되어 유지보수의 어려움과, 사용수명이 짧은 문제점이 있고, 전지를 이용함에 따라 열처리로의 운전비용이 상당히 증가하는 문제점이 있다.

이와 달리 가스히팅방식의 열처리로의 경우 전기보다는 비교적 저렴한 비용으로 열처리로의 열원으로 활용되나 온도의 제어가 용이하지 않는 단점이 있다.

또한, 통상적으로 사용되는 연속열처리로를 이용하여 열처리 공정을 수행할 때, 피열처리체의 열처리는 피열처리체의 이송 방향에 대해서 구획된 복수 가열실과 인접하는 가열실로 피열처리체를 이송하기 위한 이송 수단을 구비한 연속식 열처리로를 사용하고 각 가열실을 개별적으로 온도 제어함으로써, 원하는 온도 곡선에 따라 승온, 균열 지지 및 강온하는 방법으로 수행된다.

이러한 열처리에 사용되는 연속식 열처리로에 있어서 가열실에 설치되는 가열 수단으로서는 온도 제어의 용이함에서 전기 히터를 이용하는 것이 일반적이지만 최근에는 에너지 절약이나 CO₂ 배출량의 절감을 목적으로 가스 연소식 래디언트 튜브 버너를 가열 수단으로 하는 시도가 있으나,

가스 연소식 래디언트 튜브 버너-를 가열 수단으로 한 연속식 열처리로는 가스 연소식 래디언트 튜브 버너가 통형 발열면을 가지기 때문에, 튜브의 길이 방향에서 정밀한 온도 제어가 수행하지 못하고 피열처리제가 정밀한 온도 분포 정밀도가 요구될 경우에는 사용할 수 있는 범위가 한정되어 충분한 에너지 절약 효과나 CO₂ 배출량의 절감 효과를 얻을 수 없다.

국내 특허등록 제 10-1813508 호 (2017.12.29 공고) 국내 특허등록 제 10-1917358 호 (2018.11.09 공고)

본 발명은 전술한 문제점 및, 연속열처리로에 적용되기 위한 에너지절감 방법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 연속열처리로를 구성하는 개별열처로리 영역별로 구비되는 온도센서를 통하여 측정되는 온도측정값과 기설정되는 설정온도값을 비교하여 설정온도값 이상일 경우 회귀분석모델을 활용하여 에너지절감량을 산출한 후, 온도와 분위기가스량에 따른 전력 최적화 조건을 추출하여 에너지 사용량을 절감하도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
연속열처리로의 각 영역별 최적 온도를 설정하는 온도설정단계;
상기 연속열처리로의 운전에 따라 각 개별열처리로 영역별로 구비되는 온도센서를 통하여 온도를 측정하여 획득되는 온도측정값획득단계;
상기 온도측정값획득단계에 의해 얻게 되는 온도측정값과, 상기 온도설정단계에 의해 설정된 설정온도값을 비교하게 되는 온도값비교단계;
으로 이루어지고,
상기 온도값비교단계에 의해 비교된 비교값이 설정온도 이상인 경우 회귀분석을 통하여 예상되는 에너지절감량을 산출하는 회귀분석단계;

상기 온도값비교단계에 의해 비교된 비교값이 설정온도 이하인 경우 연속열처리로의 구역별로 구분되는 각 개별열처리로의 온도가 설정온도값에 근접되도록 버너의 운전과 가스공급을 제어하는 가스공급제어단계;

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를 포함하는 연속열처리로의 에너지 절감 방법을 제시한다.

또한 본 발명은, 연속열처리로의 각 개별열처리로에 각각 구비되는 온도센서;
상기 각 개별열처리로의 최적 온도를 설정하기 위한 온도설정부;
상기 온도센서들에 의해 검출되는 각 열처로의 온도를 실시간 측정하여 얻게 되는 온도측정값을 상기 온도설정부에 의해 설정된 설정온도값과 비교하게 되는 비교판단부;
상기 비교판단부의 판단에 따라 온도설정값 대비 온도측정값이 높을 경우 예상되는 에너지절감량을 분석하는 회귀분석부;
상기 비교판단부의 판단에 따라 온도설정값 대비 온도측정값이 낮을 경우 각 열처로 중 해당되는 온도측정값이 낮은 개별열처리로의 온도가 설정온도값에 근접되도록 버너를 동작시키기 위한 구역별버너운전제어부; 를 포함하는 연속열처리로의 에너지 절감 시스템을 제공한다.

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본 발명에 의하면, 연속열처리로의 각 개별열처리로 영역별로 구비되는 온도센서를 통하여 측정되는 온도측정값과 기설정되는 설정온도값을 비교하여 설정온도값 이상일 경우 회귀분석모델을 활용하여 에너지절감량을 산출한 후, 온도와 분위기가스량에 따른 전력 최적화 조건을 추출하여 에너지 사용량을 절감할 수 있다.

또한 본 발명은 연속열처리로의 각 개별열처리로 영역별 온도센서에 의해 검출되는 온도 변화에 따른 상관 관계를 도출하여 설정 온도 이하일 경우 가스의 공급을 제저 조절할 수 있는 제어 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 시계열적인 단계 흐름도
도 2는 본 발명에 적용되는 구성요소들의 블럭도
도 3은 도 1에 따라 본 발명의 흐름을 세부적으로 도시한 흐름도

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하며, 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않음은 물론, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 점에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아닌바, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이를 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 가능하거나 존재할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

또한, 본 발명의 명세서에서 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시 형태를 첨부하는 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 연속열처리로(일명 배치식 열처리로)의 에너지 절감 방법을 제시하고자 한다.

본 발명은 통상적으로 알려져 있는 연속열처리로(1)에 적용 가능하며, 연속열처리로의 각 개별열처리로(2) 영역별로 온도센서(10)를 구비하여 각 개별열처리로(2) 내부 온도를 측정하게 된다.

한편 상기 연속열처리로(1)의 각 개별열처리로(2)에 각각 적합한 최적의 온도를 미리 온도설정부(20)에 의해 설정되도록 구성하게 되는 온도설정단계(S10)를 거치게 되는데, 각 개별열처리로(2)의 최적 온도는 열처리되는 피열처리체의 특성, 물성 등의 판단 근거에 의해 미리 설정될 수 있다.

이와 같이 각 개별열처리로(2)의 온도설정 후 각 개별열처리로(2)에 구성되어 있는 버너부(51)의 전원 공급에 따라 가스의 초기 공급과 동시에 점화되어 연속열처리로(1)의 가동 상태에 진입하게 되면, 상기한 각 개별열처리로(2)에 구비되는 온도센서(10)에 의해 각 개별열처리로(2)의 실시간 내부 온도를 측정하게 된다.

즉, 상기 연속열처리로(1)의 운전에 따라 각 영역별로 구비되는 온도센서를 통하여 온도를 측정하여 획득되는 온도측정값획득단계(S20)를 거치게 된다.

한편, 온도설정부(20)에 의해 설정된 설정온도값과 각 개별열처리로(2)의 온도센서(10)에 의해 측정된 온도측정값은 작업자의 모니터(60)에 디스플레이되어 실시간 확인 가능하도록 구성하게 된다.

아울러, 상기 온도센서(10)에 의해 측정되는 연속열처리로의 각 구역별 개별열처리로(2) 내부 온도측정값은 비교판단부(30)측으로 송신되어, 상기 비교판단부(30)에서 온도설정부(20)에 의해 설정된 설정온도값과 상기 온도센서(10)에 의해 측정된 온도측정값을 비교하게 되는, 온도값비교단계(S30)를 거치게 된다.

온도센서(10)에서 측정되는 온도측정값이, 온도설정부(20)에서 설정된 설정온도값 이상일 경우에는 회귀분석부(40)로 데이터를 송신하여 회귀분석모델을 통해 에너지의 예상 절감량을 산출하게 되는 회귀분석단계(S40)를 거치게 된다.

이와 같이, 온도값비교단계(S30)를 거쳐 온도측정값이 온도설정부(20)에 의해 설정된 설정온도값 이상일 때 회귀분석부(40)측으로 송신된 데이터값은 회귀분석단계(S40)를 전술한 바와 같이 거쳐, 회귀분석모델에 의해 분석된 결과와, 이로부터 예상 가능한 예상에너지절감량 등이 작업자의 모니터(60)에 디스플레이되는 과정을 거치게 된다.

만약, 상기 온도센서(10)에서 측정되는 온도측정값이, 온도설정부(20)에서 설정된 설정온도값 이하일 경우에는 전체적인 열처리로의 효율이 저하될 수 있으므로 해당 영역의 개별열처리로(2) 효율성을 증가시키기 위해, 구역별버너운전제어부(50)를 통하여 해당 개별열처리로(2) 버너부(51)의 운전 및 가스유량제어부(52)제어부(52)에 의해 가스의 공급 유량이 제어되도록 하여, 해당 개별열처리로(2)의 온도가 설정온도값에 근접되도록 제어하게 되는, 가스공급제어단계(S50)를 거치게 된다.

이와 같이 구역별버너운전제어부(50)에 의해 해당 개별열처리로(2) 버너부(51) 및 가스 공급 유량을 제어하며 해당 개별열처리로(2)의 온도가 설정온도값에 도달되었는지 여부를 온도값비교단계(S30)를 거쳐 다시 비교하게 된 후, 전술한 바와 같은 회구분석모델에 의한 회귀분석단계(S40)를 거친 후 그 결과값과 예상에너지절감량 등이 모니터(60)에 디스플레이되는 일련의 과정을 거치게 된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

따라서 본 발명에서의 기술적 사상은 아래에 기재되는 청구범위에 의해 파악되어야 하되 이의 균등 또는 등가적 변형 모두 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속함은 자명하다 할 것이다.

10; 온도센서 20; 온도설정부
30; 비교판단부 40; 회귀분석부
50; 구역별버너운전제어부 51; 버너부
52; 가스유량제어부
S10; 온도설정단계
S20; 온도측정값획득단계
S30; 온도값비교단계
S40; 회귀분석단계

Claims (3)

1. 연속열처리로의 각 영역별 최적 온도를 설정하는 온도설정단계;
   상기 연속열처리로의 운전에 따라 각 개별열처리로 영역별로 구비되는 온도센서를 통하여 온도를 측정하여 획득되는 온도측정값획득단계;
   상기 온도측정값획득단계에 의해 얻게 되는 온도측정값과, 상기 온도설정단계에 의해 설정된 설정온도값을 비교하게 되는 온도값비교단계;
   으로 이루어지고,
   상기 온도값비교단계에 의해 비교된 비교값이 설정온도 이상인 경우 회귀분석을 통하여 예상되는 에너지절감량을 산출하는 회귀분석단계;
   상기 온도값비교단계에 의해 비교된 비교값이 설정온도 이하인 경우 연속열처리로의 구역별로 구분되는 각 개별열처리로의 온도가 설정온도값에 근접되도록 버너의 운전과 가스공급을 제어하는 가스공급제어단계;
   를 포함하는 연속열처리로의 에너지 절감 방법.
   
2. 삭제
3. 연속열처리로의 각 개별열처리로에 각각 구비되는 온도센서;
   상기 각 개별열처리로의 최적 온도를 설정하기 위한 온도설정부;
   상기 온도센서들에 의해 검출되는 각 열처로의 온도를 실시간 측정하여 얻게 되는 온도측정값을 상기 온도설정부에 의해 설정된 설정온도값과 비교하게 되는 비교판단부;
   상기 비교판단부의 판단에 따라 온도설정값 대비 온도측정값이 높을 경우 예상되는 에너지절감량을 분석하는 회귀분석부;
   상기 비교판단부의 판단에 따라 온도설정값 대비 온도측정값이 낮을 경우 각 열처로 중 해당되는 온도측정값이 낮은 개별열처리로의 온도가 설정온도값에 근접되도록 버너를 동작시키기 위한 구역별버너운전제어부;
   를 포함하는 연속열처리로의 에너지 절감 시스템.
   
   

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