KR102417706B1 - Thermal energy saving method through energy analysis for each process in the food industry - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공학적인 데이터 기반의 열에너지 포함한 에너지 및 물질수지 산출방식으로 필요한 수요 및 공급 임계에너지를 분석하고 예측하여 식품생산과 연계한 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of reducing thermal energy through energy analysis for each process in the food industry, and more particularly, by analyzing and predicting the critical energy required for supply and demand by an energy and mass balance calculation method including thermal energy based on engineering data. It relates to a method of saving thermal energy through energy analysis for each process in the food industry in connection with
최근 들어 조리되어 포장된 식품의 수요가 증가되고 있으며, 특히 일인용 가구가 늘어남에 따라서 반찬이나 젓갈 등과 같은 식품까지도 일회용 포장처리되어 상당량이 반찬가게나 대형마트 또는 편의점 등 다양한 판매처에 공급되고 있는 실정이다.Recently, the demand for cooked and packaged food is increasing. In particular, as the number of single-person households increases, even foods such as side dishes and salted fish are packaged for one-time use, and a significant amount is supplied to various vendors such as side dish stores, large marts or convenience stores. .
나아가 최근 들어서는 이러한 식품들이 제조에서부터 포장까지 다양한 전문인력이 배치됨과 동시에 공장화 시스템으로 생산되고 있다.Furthermore, in recent years, these foods are being produced in a factory system with a variety of specialized personnel from manufacturing to packaging.
식품가공 공정은 다양한 제품군으로 이루어지고 있으므로 생산공정의 단순 운전데이터 수집에 따른 에너지 수요를 분석하는 데에는 어려움이 있으므로 필요한 이론적 에너지량을 예측하는 방법의 개발이 필요하다. Since the food processing process consists of various product groups, it is difficult to analyze the energy demand according to the simple operation data collection of the production process, so it is necessary to develop a method for predicting the amount of theoretical energy required.
이러한 종래의 식품공장에는 열에너지 생산 및 공급에 대한 필요에너지 분석이 진행되고 있지 않으며, 제어 및 모니터링 시스템에 의해 공정 운전제어만 수행하고 있어서 식품공정에서 필요로 하는 임계에너지의 분석없이 에너지를 사용하고 있다. In such a conventional food factory, the energy required for the production and supply of thermal energy is not analyzed, and only the process operation control is performed by the control and monitoring system, so energy is used without analysis of the critical energy required in the food process. .
이러한 공정제어 방식으로 운전 시에는 필요에너지를 분석 및 예측할 수 없음에 따라 실제 필요한 에너지 보다 과잉으로 에너지를 소비하게 된다. When operating in this process control method, energy is consumed in excess of the energy required because the energy required cannot be analyzed and predicted.
또한 공정별 필요에너지를 예측할 수 없음에 따라 공정별 운전 시간 무관하게 안정적으로 열에너지를 공급해야 하므로 에너지 과다 사용량이 많아지게 된다. In addition, since the required energy for each process cannot be predicted, thermal energy must be supplied stably regardless of the operation time for each process, resulting in excessive energy consumption.
대부분의 종래의 식품가공공장은 스팀 보일러의 설치 비용을 고려하여 유량비례제어 방식의 버너를 적용하지 않고 저렴한 1단 연료노즐 방식 또는 2단 연료노즐 제어 방식을 사용하고 있다. Most conventional food processing plants do not apply a burner of a flow rate proportional control method in consideration of the installation cost of a steam boiler, but use an inexpensive one-stage fuel nozzle method or a two-stage fuel nozzle control method.
이는 공정에 사용되는 열에너지(스팀 등)를 제품 생산에 문제없이 안정적으로 공급해야 하므로 보일러에 사용되는 연료를 과잉으로 공급하게 되므로서 LNG, 경유 등 1차에너지의 사용량이 과다 소비 하게 된다. 즉 식품공장의 고정에너지가 높은 상태로 에너지 소비하는 상태로 운전하게 된다. Since thermal energy (steam, etc.) used in the process must be supplied stably without any problems in product production, fuel used for boilers is supplied in excess, resulting in excessive consumption of primary energy such as LNG and diesel. In other words, the food factory operates in a state of high energy consumption and fixed energy.
종래기술의 다른 문제점은 공정별 에너지 사용량을 분석하여 에너지 사용패턴을 분석하는 데 국한하여 단순 에너지 사용량에 대한 분석으로 사용시간 스케쥴을 조절하여 에너지 소비량을 절감하는 방식에 한정되어 있다. 또한 열에너지에 대한 절감은 단위공정의 구조설계변경 및 운전을 제어하는 방식으로 단위공정의 효율향상에 대한 기술이 대부분이다. 또 다른 문제점은 공장에너지 수요예측 및 에너지절감기술은 대부분 전기에너지에 대한 기술이며 열에너지 사용에 대한 공장에너지 수요예측 및 에너지 절감기술 개발은 부족한 실정이다. 또한 수요예측방법도 계측데이터의 분석에 따른 방법으로 공정별 필요에너지 예측을 하기 어렵다. Another problem of the prior art is that it is limited to analyzing the energy usage pattern by analyzing the energy usage for each process, and it is limited to the method of reducing the energy consumption by adjusting the usage time schedule by analyzing the simple energy usage. In addition, the reduction of thermal energy is mostly techniques for improving the efficiency of the unit process by controlling the structural design change and operation of the unit process. Another problem is that most of factory energy demand forecasting and energy saving technologies are for electric energy, and plant energy demand forecasting and energy saving technologies for using thermal energy are insufficient. In addition, it is difficult to predict the required energy for each process as the demand forecasting method is a method based on the analysis of measurement data.
한국 공개특허공보 제10-2019-0140529호에서는 라이다 센서를 이용하여 수집한 3차원 설비영상을 기반으로 설비 감지, 모니터링, 방범 및 재해 관리를 총괄적으로 관리하고 제조기업의 환경에 맞는 시나리오 예측 모델을 이용하여 에너지 절감 효율을 향상하는 기술을 개시하여 설비 감지, 모니터링하여 제조기업 환경에 맞는 예측모델을 이용하여 에너지 절감하는 개념이 본원 발명과 관련이 있으나, 라이다 센서를 이용하여 수집된 3차원 설비영상을 기반으로 한 설비감지, 모니터링을 통한 시나리오 예측모델을 이용하여 절감효율을 향상하는 기술로서 본 발명의 에너지소비구조분석, 예측 및 에너지절감방법의 기술구성과는 차이가 있다. In Korea Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0140529, based on 3D facility images collected using lidar sensors, facility detection, monitoring, crime prevention and disaster management are collectively managed, and scenario prediction models suitable for the environment of manufacturing companies The concept of energy saving using a predictive model suitable for the environment of a manufacturing company by starting a technology to improve energy saving efficiency using It is a technology to improve the saving efficiency by using a scenario prediction model through facility detection and monitoring based on facility images, and it is different from the technical composition of the energy consumption structure analysis, prediction and energy saving method of the present invention.
한국 등록특허 제10-1908515호에서는 적어도 하나 이상의 구역으로 세분화되는 건물이 적어도 하나 이상 위치하는 커뮤니티의 에너지관리시스템에 있어서, 각 건물에 대한 건물에너지수요예측데이터 및 건물에너지사용량데이터를 관리하는 기술과 에너지 수요예측 방법이 개시되어 하나이상의 에너지 수요구역에 대한 에너지관리스템과 각 건물의 에너지수요예측데이터 및 에너지사용데이터를 관리하는 개념이 본원 발명과 관련이 있으나, 건물에너지에 대한 세분화된 건물의 전기에너지 사용량분석과 예측하는 방법으로 본 발명의 식품제품 제조공정에 대한 공학적인 구조분석을 통한 예측 및 분석을 통해 에너지를 절감하는 기술과는 차이가 있다.In Korea Patent Registration No. 10-1908515, in the energy management system of a community in which at least one building subdivided into at least one zone is located, the technology for managing the building energy demand forecast data and the building energy consumption data for each building; Although the energy demand forecasting method is disclosed, the concept of managing an energy management system for one or more energy demand zones and energy demand forecasting data and energy use data of each building is related to the present invention, but subdivided building electricity for building energy The energy consumption analysis and prediction method is different from the technology for saving energy through prediction and analysis through engineering structural analysis of the food product manufacturing process of the present invention.
한국 등록특허 제10-1749456호에서는 공장 에너지 관리 시스템에 관한 것으로, 공장에서 사용되는 에너지 소비량을 관리하기 위한 공장 에너지 관리 시스템으로, 공장에 위치한 적어도 하나의 설비가 사용하는 에너지 사용량에 대한 계측 신호를 획득하여 공장에너지관리에 필요한 UI를 제공하는 공장에너지 관리시스템이 개시되어, 공장에너지 사용량에 대한 계측 신호를 획득하여 에너지관리에 필요한 UI를 제공하여 관리하는 방법은 본원 발명과 관련이 있으나, 공장에너지 사용량 계측에 대한 에너지관리에 필요한 UI를 제공하는 것으로 본 발명의 식품제품 제조공정에 대한 공학적인 구조분석을 통한 예측 및 분석을 통해 에너지를 절감하는 기술과는 차이가 있다.Korean Patent Registration No. 10-1749456 relates to a factory energy management system, which is a factory energy management system for managing energy consumption used in a factory. A factory energy management system that obtains and provides a UI necessary for factory energy management is disclosed, and the method of obtaining a measurement signal for factory energy usage and providing a UI necessary for energy management to manage it is related to the present invention, but factory energy It is different from the technology of saving energy through prediction and analysis through engineering structural analysis of the food product manufacturing process of the present invention by providing a UI necessary for energy management for measuring usage.
따라서, 본원발명에서 중요한 문제로 인식하고 있는 식품공장의 단위공정의 열에너지 관리를 위하여 공학적인 데이터 기반의 열에너지 포함한 에너지 및 물질수지 산출방식으로 필요한 수요 및 공급 임계에너지를 분석하고 예측하여 식품 생산과 연계한 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법은 아직까지 제시되지 않았다.Therefore, for the thermal energy management of the unit process of the food factory, which is recognized as an important problem in the present invention, the energy and material balance calculation method including thermal energy based on engineering data analyzes and predicts the critical energy required for supply and demand to be linked with food production. A method for reducing thermal energy through energy analysis for each process in the food industry has not yet been proposed.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공학적인 데이터 기반의 열에너지 포함한 에너지 및 물질수지 산출방식으로 필요한 수요 및 공급 임계에너지를 분석하고 예측하여 식품생산과 연계한 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, and analyzes and predicts the critical energy required for demand and supply by an engineering data-based energy including thermal energy and a mass balance calculation method to analyze and predict energy for each process in the food industry in connection with food production The purpose is to provide a method of reducing thermal energy through
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다. Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명인 단위공정분석서버(100);에서 식품 단위공정의 운전정보를 분석하는 제1단계; 상기 단위공정분석서버에서 산출된 분석정보를 단위공정 데이터베이스(200);에 입력하는 제2단계; 이론열에너지분석서버(300);에서 상기 식품 단위공정의 이론 수요 열에너지를 산출하는 제3단계; 실제열에너지분석서버(400);에서 상기 식품 단위공정의 실제 수요 열에너지를 예측하는 제4단계; 및 상기 실제열에너지분석서버에서 열에너지 공급장치의 수요에너지 및 공급 열에너지를 예측하는 제5단계; 및 열에너지관리서버(500);에서 상기 식품 단위공정의 절감 열에너지를 예측하고, 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 생산을 비례제어하는 제6단계;를 포함하며, 상기 열에너지관리서버는 동일한 상기 단위공정을 그룹화하여 상기 단위공정 각각에 대한 상기 운전정보, 상기 분석정보, 상기 이론 수요 열에너지, 상기 실제 수요 열에너지, 상기 열에너지 공급장치의 수요에너지, 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 및 상기 절감 열에너지 중 어느 하나 이상의 분석, 산출 및 예측 데이터로 상기 열에너지 공급장치를 비례제어하는 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법을 제공할 수 있다.A first step of analyzing the operation information of the unit process of food in the unit
또한, 상기 운전정보는 상기 식품의 품질만족조건, 상기 단위공정의 운전조건, 상기 식품 원료의 물리 및 화학적 특성값, 생산된 상기 식품의 물리 및 화학적 특성값, 상기 단위공정을 구성하는 1차에너지공급부, 유량계, 1차에너지공급유량비례제어버너, 유량비례제어부, 열에너지공급장치, 보일러수공급유량계, 스팀생산유량계, 생산스팀압력계, 스팀헤더, 스팀공급배관, 스팀압력계, 스팀유량계, 외기온도계, 외기습도계 중 어느 하나 이상을 포함하는 장치 정보 중 어느 하나 이상일 수 있다.In addition, the operation information includes the quality satisfaction condition of the food, the operation condition of the unit process, the physical and chemical characteristic values of the food raw materials, the physical and chemical characteristic values of the produced food, and the primary energy constituting the unit process. Supply part, flowmeter, primary energy supply flow rate proportional control burner, flow rate proportional control part, heat energy supply device, boiler water supply flowmeter, steam production flowmeter, production steam pressure gauge, steam header, steam supply pipe, steam pressure gauge, steam flowmeter, outdoor thermometer, It may be any one or more of the device information including any one or more of the outdoor hygrometer.
또한, 상기 단위공정의 운전조건은 상기 단위공정의 에너지 및 물질수지 산출에 필요한 운전데이터를 이용하여 산출될 수 있다.In addition, the operating conditions of the unit process may be calculated using operating data necessary for calculating the energy and mass balance of the unit process.
또한, 상기 열에너지관리서버는 식품제품 생산정보와 상기 이론 수요 열에너지, 상기 실제 수요 열에너지, 상기 열에너지 공급장치의 수요에너지, 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 및 상기 절감 열에너지 중 어느 하나 이상을 분석하는 에너지 수요공급 서버(1000); 및 상기 이론 수요 열에너지, 상기 실제 수요 열에너지 중 어느 하나 이상을 산출 또는 예측하고, 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 및 상기 절감 열에너지 중 어느 하나 이상을 제어하는 공정제어 서버(2000);으로 구성될 수 있다. 상기 에너지 수요공급 서버는 상기 단위공정분석서버에서 복수의 상기 단위공정의 상기 운전정보를 제공받는 단계; 상기 실제열에너지분석서버를 통해 그룹화된 상기 단위공정별 수요에너지를 산출하는 단계; 상기 단위공정분석서버를 통해 상기 단위공정별 운전시간에 따른 상기 운전데이터를 수집하는 단계; 상기 단위공정분석서버를 통해 상기 단위공정의 가동여부를 판단하여 가동되지 않은 상기 단위공정은 에너지 분석대상에서 제외하는 단계; 상기 실제열에너지분석서버를 통해 상기 단위공정별 운전시간에 따른 상기 실제 수요열에너지 총량을 산출하는 단계; 및 상기 실제 수요열에너지 총량 결과값에 따른 상기 단위공정 각각에 대한 상기 운전정보, 상기 분석정보, 상기 이론 수요 열에너지, 상기 실제 수요 열에너지, 상기 열에너지 공급장치의 수요에너지, 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 및 상기 절감 열에너지 중 어느 하나 이상을 상기 공정제어 서버로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the thermal energy management server is food product production information and the theoretical demand thermal energy, the actual demand thermal energy, the energy demand of the thermal energy supply device, the energy demand to analyze any one or more of the supply thermal energy of the thermal energy supply device and the reduced thermal
또한, 상기 공정제어 서버는 상기 에너지 수요공급 서버에서 전송된 정보로 상기 열에너지 공급장치의 수요에너지를 비례제어하는 단계; 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지와 상기 실제 수요 열에너지가 일치하는지 판단하고 일치하지 않으면 상기 비례제어를 재조정하는 단계; 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지와 상기 실제 수요 열에너지가 일치하면 상기 식품제품 생산과 연관된 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 양을 계측하고 상기 단위공정분석서버에 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the process control server comprising the steps of proportionally controlling the energy demand of the thermal energy supply device with the information transmitted from the energy supply and demand server; determining whether the supplied heat energy of the heat energy supply device matches the actual demanded heat energy, and if not, re-adjusting the proportional control; When the supply heat energy of the heat energy supply device and the actual demand heat energy match, measuring the amount of heat energy supplied by the heat energy supply device related to the production of the food product and transmitting it to the unit process analysis server; may include.
또한, 상기 이론 수요 열에너지는 상기 이론열에너지분석서버의 계산프로그램에 상기 운전정보를 변수와 상수로 분류 입력하여 상기 단위공정의 에너지 및 물질수지를 계산하여 산출할 수 있다.In addition, the theoretical demand heat energy can be calculated by calculating the energy and material balance of the unit process by classifying and inputting the operation information into variables and constants in the calculation program of the theoretical heat energy analysis server.
또한, 상기 계산프로그램을 통해서 상기 단위공정의 운전조건 및 장치 정보에 따른 이론 수요 에너지 손실량, 상기 열에너지 공급장치에서 상기 단위공정에 공급하는 상기 이론 수요 열에너지의 전열효율 및 상기 열에너지 공급장치에서 상기 단위공정까지의 열에너지 공급배관의 이론 열에너지 손실량을 계산하여 산출할 수 있다.In addition, through the calculation program, the theoretical required energy loss according to the operating conditions and device information of the unit process, the heat transfer efficiency of the theoretical demanded thermal energy supplied from the thermal energy supply device to the unit process, and the unit process from the thermal energy supply device It can be calculated by calculating the theoretical heat energy loss of the heat energy supply pipe up to.
본 발명에 의한 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 예측방법에 의하면, 식품공장의 공정종류별 운전조업조건에 따른 원료 및 제품의 이론적 필요한 임계에너지를 공학적인 기반의 물질 및 열수지 계산법을 이용하여 예측 및 제어할 수 있다. According to the thermal energy prediction method for product production according to the unit process of the food industry according to the present invention, the theoretically necessary critical energy of raw materials and products according to the operation conditions for each process type of the food factory is engineering-based material and heat balance calculation method. can be predicted and controlled.
또한, 공정별 장치의 열손실량과 식품원료/제품에의 에너지 전달에 필요한 전열에 필요한 에너지량 산출 및 스팀 에너지공급 장치에서 식품 단위 공정까지의 배관 열손실량을 계산하여 스팀에너지 공급량을 예측 및 제어할 수 있다.In addition, it is possible to predict and control the amount of steam energy supply by calculating the amount of heat loss of each process device, calculating the amount of energy required for heat transfer required for energy transfer to food raw materials/products, and calculating the amount of heat loss from the steam energy supply device to the food unit process. can
또한, 에너지 수요예측을 위한 식품가공 단위공정별 운전조건 분석데이터를 통해 원료 및 제품의 물리화학적 데이터를 기반으로 하여 임계에너지를 산출하는 방식으로 다양한 식품 공정별 에너지 소비량을 이론적으로 산출하는 방법으로 에너지 소비구조 분석과 에너지 수요량을 예측 및 제어할 수 있다.In addition, it is a method of theoretically calculating energy consumption by various food processes by calculating critical energy based on physical and chemical data of raw materials and products through operation condition analysis data for each food processing unit process for energy demand prediction. It can analyze consumption structure and predict and control energy demand.
또한, 식품가공 공정은 다양한 제품군으로 이루어지고 있으므로 생산공정의 단순 운전데이터 수집에 따른 에너지 수요를 분석하는 데에는 어려움이 있으므로 상기 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 예측방법을 통해 필요한 이론적 에너지량 예측 및 제어가 가능하다.In addition, since the food processing process consists of various product groups, it is difficult to analyze the energy demand according to the simple operation data collection of the production process, so the theoretical energy required through the thermal energy prediction method for product production according to the unit process of the food industry Volume prediction and control are possible.
또한, 식품공장 생산 정보 데이터와 에너지 공급에 대한 센서에 의한 계측을 통해 계측된 데이터의 수집, 분석을 통해 소요되는 에너지를 분석하여 절감 가능한 에너지를 예측 및 제어하는 효과가 있다. In addition, there is an effect of predicting and controlling energy that can be saved by analyzing the energy required through the collection and analysis of the data measured through the measurement of the food factory production information data and the energy supply by the sensor.
또한, 식품가공 공정은 소규모 공장에서는 단위 공정으로 운전하기도 하지만, 대부분의 식품공장에서는 스팀과 같은 열에너지를 사용한 여러 가지 형식의 공정을 복합적으로 적용하여 생산하고 있다. 따라서 각 단위공정에 대한 에너지 수요량을 공학적인 물질 및 열수지에 의한 방법으로 산출하는 소프트웨어를 적용하므로서 실시간으로 예측이 가능하며, 에너지사용량을 센서에 의해 계측, 데이터수집, 소프트웨어를 통해 분석하여 필요한 에너지 이상으로 초과하여 사용하는 과다 사용 에너지양을 분석할 수 있다.In addition, although the food processing process is operated as a unit process in small-scale factories, most food factories are producing by complexly applying various types of processes using thermal energy such as steam. Therefore, it is possible to predict in real time by applying the software that calculates the energy demand for each unit process by the method of engineering materials and heat balance. It is possible to analyze the amount of excess energy used in excess.
또한, 식품공정에서 사용하는 열에너지는 스팀 또는 온수를 사용하며, 이러한 열에너지를 공급하는 다양한 공정에 본 발명의 적용이 가능하다.In addition, the heat energy used in the food process uses steam or hot water, and the present invention can be applied to various processes for supplying such heat energy.
도 1은 본원발명의 실시예에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요/공급 시스템 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 계정생성서버 운영 로직도이다.
도 3은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 열 및 물질수지를 통한 식품제품의 필요 임계에너지, 수요 및 공급에너지 예측을 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 운전제어 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 가열공정의 열 및 물질 수지 산출방법 기반의 배치 및 연속식 에너지 분석 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 데이터수집, 분석, 예측 및 에너지공급을 연계한 에너지 절감 시스템 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 열에너지인 스팀 예측을 위한 단위공정 계산 실험예이다.
도 8은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 가열(훈연)공정의 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 가열(훈연)공정의 열 및 물질수지 계산을 위한 로직이다.
도 10은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 에너지 소비량 예측 및 실제계측값 데이터이다.
도 11은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 에너지 수요공급 시스템 운영로직도이다.
도 12는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 예측 시스템의 공정제어 시스템 운영로직도이다.
도 13은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 에너지 소비량 예측 및 실제계측값 데이터이다.
도 14는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 에너지 수요공급 시스템 운영로직도이다.
도 15는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 공정제어 시스템 운영로직도이다.1 is a schematic diagram of a thermal energy demand/supply system for product production according to a unit process in the food industry according to an embodiment of the present invention.
2 is an account creation server operation logic diagram of a thermal energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
3 is a configuration diagram for predicting the required critical energy, demand and supply energy of food products through the heat and mass balance of the thermal energy supply and demand system for product production according to the unit process of the food industry according to the present invention.
4 is an operation control configuration diagram of a thermal energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
5 is a conceptual diagram of batch and continuous energy analysis based on the heat and mass balance calculation method of the heating process of the thermal energy supply and demand system for product production according to the unit process of the food industry according to the present invention.
6 is a configuration diagram of an energy saving system linking data collection, analysis, prediction, and energy supply of a thermal energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
7 is an experimental example of unit process calculation for predicting steam, which is heat energy, of a heat energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
8 is a schematic diagram of a heating (smoking) process of a thermal energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
9 is a logic for calculating the heat and mass balance of the heating (smoking) process of the thermal energy supply and demand system for product production according to the unit process of the food industry according to the present invention.
10 is an energy consumption prediction and actual measurement data of a heat energy supply and demand system for product production according to a unit process of the food industry according to the present invention.
11 is an energy supply and demand system operation logic diagram of a thermal energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
12 is a process control system operation logic diagram of a thermal energy supply and demand prediction system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
13 is an energy consumption prediction and actual measurement data of a heat energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
14 is an energy supply and demand system operation logic diagram of a thermal energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
15 is a process control system operation logic diagram of a thermal energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the accompanying drawings are only examples for easily explaining the content and scope of the technical idea of the present invention, and thereby the technical scope of the present invention is not limited or changed. In addition, it will be natural for those skilled in the art that various modifications and changes can be made within the scope of the technical spirit of the present invention based on these examples.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.In addition, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be done, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, since the embodiment described in this specification is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, there are various equivalents and modifications that can be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions. Throughout the specification, when it is said that a certain part is connected to another part, it includes not only a case in which it is directly connected, but also a case in which it is indirectly connected with another element interposed therebetween. In addition, the inclusion of any component does not exclude other components unless otherwise stated, but means that other components may be further included.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.In addition, descriptions that limit or add elements may be applied to all inventions unless there are special limitations, and are not limited to descriptions of specific inventions.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.Also, throughout the description and claims of the present application, the singular includes the plural unless otherwise indicated.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.Also, throughout the description and claims herein, "or" is intended to include "and" unless stated otherwise. Therefore, "comprising A or B" means all three cases including A, including B, or including A and B.
도 1은 본원발명의 실시예에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요/공급 예측 시스템 개요도이다.1 is a schematic diagram of a thermal energy demand/supply prediction system for product production according to a unit process in the food industry according to an embodiment of the present invention.
식품공장의 공정종류별 운전조업조건에 따른 원료 및 제품의 이론적 필요한 임계에너지를 공학적인 기반의 물질 및 열수지 계산법을 이용하여 예측하고, 공정별 장치의 열손실량과 식품원료/제품에의 에너지 전달에 필요한 전열에 필요한 에너지량 산출 및 스팀 에너지공급 장치에서 식품 단위 공정까지의 배관 열손실량을 계산하여 스팀에너지 공급량을 예측하는 기술이다. Predict the theoretically necessary critical energy of raw materials and products according to the operating conditions for each process type of a food factory using engineering-based material and heat balance calculation methods, It is a technology to predict the amount of steam energy supply by calculating the amount of energy required for heat transfer and calculating the amount of heat loss from the steam energy supply device to the food unit process.
이러한 에너지 수요예측을 위한 식품가공 단위공정별 운전조건 분석데이터를 통해 원료 및 제품의 물리화학적 데이터를 기반으로 하여 임계에너지를 산출하는 방식으로 구현될 수 있다. Such energy demand prediction can be implemented in a way of calculating critical energy based on the physicochemical data of raw materials and products through the operation condition analysis data for each food processing unit process.
다양한 식품 공정별 에너지 소비량을 이론적으로 산출하는 방법으로 에너지 소비구조 분석과 에너지 수요량을 예측하는 방법을 중점 기술로 한다. As a method of theoretically calculating the amount of energy consumption by various food processes, the analysis of energy consumption structure and the method of predicting energy demand are the key technologies.
또한 식품공장 생산 정보 데이터와 에너지 공급에 대한 센서에 의한 계측을 통해 계측된 데이터의 수집, 분석을 통해 소요되는 에너지를 분석하여 절감 가능한 에너지를 예측하는 기술을 포함한다. In addition, it includes a technology to predict energy savings by analyzing the energy required through the collection and analysis of data measured through the measurement of the food factory production information data and the energy supply by the sensor.
식품가공 공정은 소규모 공장에서는 단위 공정으로 운전하기도 하지만, 대부분의 식품공장에서는 스팀과 같은 열에너지를 사용한 여러 가지 형식의 공정을 복합적으로 적용하여 생산하고 있다. Although the food processing process is operated as a unit process in small-scale factories, most food factories are producing by complexly applying various types of processes using thermal energy such as steam.
따라서 각 단위공정에 대한 에너지 수요량을 공학적인 물질 및 열수지에 의한 방법으로 산출하는 소프트웨어를 적용하므로서 실시간으로 예측이 가능하며, 에너지사용량을 센서에 의해 계측, 데이터수집, 소프트웨어를 통해 분석하여 필요한 에너지 이상으로 초과하여 사용하는 과다 사용 에너지양을 분석할 수 있다.Therefore, it is possible to predict in real time by applying the software that calculates the energy demand for each unit process by the method of engineering materials and heat balance. It is possible to analyze the amount of excess energy used in excess.
식품공정에서 사용하는 열에너지는 스팀 또는 온수를 사용하며, 이러한 열에너지를 공급하는 다양한 공정에 본 발명의 적용이 가능하다.The heat energy used in the food process uses steam or hot water, and the present invention can be applied to various processes for supplying such heat energy.
단위공정분석서버(100);에서 식품 단위공정의 운전정보를 분석하는 제1단계; 상기 단위공정분석서버에서 산출된 분석정보를 단위공정 데이터베이스(200);에 입력하는 제2단계; 이론열에너지분석서버(300);에서 상기 식품 단위공정의 이론 수요 열에너지를 산출하는 제3단계; 실제열에너지분석서버(400);에서 상기 식품 단위공정의 실제 수요 열에너지를 예측하는 제4단계; 및 상기 실제열에너지분석서버에서 열에너지 공급장치의 수요에너지 및 공급 열에너지를 예측하는 제5단계; 및 에너지관리서버(500);에서 상기 식품 단위공정의 절감 열에너지를 예측하고, 상기 공급열에너지 생산을 비례제어하는 제6단계;를 포함하며,
상기 열에너지관리서버는 동일한 상기 단위공정을 그룹화하여 상기 단위공정 각각에 대한 상기 운전정보, 상기 분석정보, 상기 이론 수요 열에너지, 상기 실제수요 열에너지, 상기 열에너지 공급장치의 수요에너지, 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 및 상기 절감 열에너지 중 어느 하나 이상의 분석, 산출 및 예측 데이터로 상기 열에너지 공급장치를 비례제어하는 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법을 제공할 수 있다.A first step of analyzing operation information of a unit process of food in the unit
The thermal energy management server groups the same unit process, and the operation information for each of the unit processes, the analysis information, the theoretical demand thermal energy, the actual demand thermal energy, the demand energy of the thermal energy supply device, and the supply of the thermal energy supply device It is possible to provide a method of saving thermal energy through energy analysis for each process in the food industry that proportionally controls the thermal energy supply device with analysis, calculation, and prediction data of any one or more of thermal energy and the reduced thermal energy.
또한, 상기 운전정보는 상기 식품의 품질만족조건, 상기 단위공정의 운전조건, 상기 식품 원료의 물리 및 화학적 특성값, 생산된 상기 식품의 물리 및 화학적 특성값, 상기 단위공정을 구성하는 장치 정보 중 어느 하나 이상일 수 있다.In addition, the operation information includes the quality satisfaction condition of the food, the operation condition of the unit process, the physical and chemical characteristic values of the food raw material, the physical and chemical characteristic values of the produced food, and device information constituting the unit process. It may be any one or more.
또한, 상기 단위공정의 운전조건은 상기 단위공정의 에너지 및 물질수지 산출에 필요한 운전데이터를 이용하여 산출될 수 있다.In addition, the operating conditions of the unit process may be calculated using operating data necessary for calculating the energy and mass balance of the unit process.
또한, 상기 운전데이터는 온도, 체류시간, 상기 식품의 투입량, 상기 장치의 규격, 상기 원료 및 식품의 비열, 상기 식품의 수분함량 중 어느 하나 이상일 수 있다.In addition, the operation data may be any one or more of temperature, residence time, input amount of the food, specifications of the device, specific heat of the raw material and food, and moisture content of the food.
또한, 상기 이론 수요 열에너지는 상기 이론열에너지분석서버의 계산프로그램에 상기 운전정보를 변수와 상수로 분류 입력하여 상기 단위공정의 에너지 및 물질수지를 계산하여 산출할 수 있다.In addition, the theoretical demand heat energy can be calculated by calculating the energy and material balance of the unit process by classifying and inputting the operation information into variables and constants in the calculation program of the theoretical heat energy analysis server.
또한, 상기 계산프로그램을 통해서 상기 단위공정의 운전조건 및 장치 정보에 따른 이론 수요 에너지 손실량, 상기 열에너지 공급장치에서 상기 단위공정에 공급하는 상기 이론 수요 열에너지의 전열효율 및 상기 열에너지 공급장치에서 상기 단위공정까지의 열에너지 공급배관의 이론 열에너지 손실량을 계산하여 산출할 수 있다.In addition, through the calculation program, the theoretical required energy loss according to the operating conditions and device information of the unit process, the heat transfer efficiency of the theoretical demanded thermal energy supplied from the thermal energy supply device to the unit process, and the unit process from the thermal energy supply device It can be calculated by calculating the theoretical heat energy loss of the heat energy supply pipe up to.
또한, 상기 열에너지관리서버는 각각의 상기 단위공정별 산출된 상기 이론 수요 열에너지, 실제 수요 열에너지, 상기 열에너지 공급장치의 수요에너지, 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지를 입력값으로 상기 절감 열에너지를 예측하며, 상기 단위공정의 배치식 및/또는 연속식 운전방식에 따른 에너지 및 물질수지를 예측할 수 있다.In addition, the thermal energy management server predicts the reduced thermal energy as an input value of the theoretical demand thermal energy, actual demand thermal energy, demand energy of the thermal energy supply device, and supply thermal energy of the thermal energy supply device calculated for each unit process, Energy and material balance according to the batch and/or continuous operation of the unit process can be predicted.
또한, 상기 단위공정은 배치식 또는 연속식 운전방식에 따라 가열공정 및/또는 살균공정을 하나 이상 포함할 수 있다.In addition, the unit process may include at least one heating process and/or sterilization process according to a batch or continuous operation method.
도 2는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 예측 시스템의 계정생성서버 운영 로직도이다. 2 is an account creation server operation logic diagram of a thermal energy supply and demand forecasting system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
우선적으로 모니터링주체가 단말기 등을 통해 발송한 계정권한정보를 기존 계정 데이터베이스와 비교 확인하는 유효성 검증을 진행한다. 상기 유효성 검증에서 통과됨에 따라 모니터링주체는 로그인을 통해 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 시스템을 이용할 수 있다.First, validation is carried out by comparing and checking the account authority information sent by the monitoring subject through the terminal with the existing account database. As the validation is passed, the monitoring subject can use the thermal energy system for product production according to the unit process of the food industry through log-in.
상기 유효성 검증에 실패한다면, 모니터링주체는 본인의 정보를 입력함으로 본 시스템에서 계정생성을 한 이력이 있는지 확인하는 절차를 거친다. 본 확인 절차를 위해 서버는 모니터링주체에게 계정권한 인증정보를 발송하고, 해당 정보가 성공적으로 인증이 되면 로그인이 되어 본 시스템을 이용할 수 있다. 인증이 실패되면 본 서버는 종료된다. If the above validation fails, the monitoring subject goes through a procedure to check whether there is a history of account creation in the system by inputting his or her information. For this verification procedure, the server sends account authority authentication information to the monitoring subject, and if the information is successfully authenticated, you can log in and use the system. If authentication fails, the server is terminated.
만약 모니터링주체가 본 시스템에서 계정생성한 이력이 없다면, 신규 계정 생성 절차를 통해 회원가입 및 계정 권한 정보가 모니터링 주체에게 알려진다. 모니터링 주체는 해당 정보로 로그인하여 본 시스템을 이용할 수 있다. If the monitoring subject does not have a history of creating an account in this system, membership registration and account authority information is notified to the monitoring subject through the new account creation procedure. The monitoring subject can use this system by logging in with the corresponding information.
계정생성서버는 모니터링주체의 인적사항, 회사정보, 매출액, 사원수 등에 대한 정보를 취득하여 제공할 수 있다.The account creation server may obtain and provide information on the monitoring subject's personal information, company information, sales, number of employees, and the like.
도 3은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 예측 시스템의 열 및 물질수지를 통한 식품제품의 필요 임계에너지, 수요 및 공급에너지 예측을 위한 구성도이다.3 is a configuration diagram for predicting the required critical energy, demand and supply energy of food products through heat and mass balance of the thermal energy supply and demand forecasting system for product production according to the unit process of the food industry according to the present invention.
식품공장의 가공공정은 동일한 단위공정이 여러 개로 구성되고 종류가 다른 단위공정도 구성되기도 한다. 또한 동일한 단위공정이 멀티로 구성되거나 이종의 단위공정이 멀티로 구성되는 등 다양하게 공정이 구성되고 있다. 단위공정의 종류와는 무관하게 각 단위공정의 열에너지를 소비하는 현열위주의 에너지가 사용된다. 단위공정에서 열에너지의 사용은 제품의 물리/화학적 특성에 따라 제품의 생산에 필요한 운전조건에 따라 필요량이 결정된다. 제품의 물리/화학적 특성은 제품의 구성성분에 따라 제품의 비열, 밀도, 식품제품의 가공, 살균을 위한 조건인 각 온도조건에서의 유지시간 등이 고려된다. 제품 자체의 특성과 제품을 거치하는 거치대의 중량 및 비열도 에너지 소비 인자이다. 단위공정의 내부 재질의 비열과 규격도 에너지 사용의 요소이다. 이러한 공정설비 사양과 제품의 각 구간별 온도조건을 유지하는 시간에 대한 필요에너지 사용량과 열에너지(스팀 등)의 제품에의 전열방식에 따른 전열효율이 인자로 작용한다. 또한 제품의 생산정보, 즉 원료공급량, 제품생산량 및 제품의 종류에 따라 필요한 임계에너지가 달라지며, 단위공정의 온도, 압력, 유량 등에 따라 에너지의 사용량이 달라진다. 또한 단위공정별 방열손실과 열에너지공급원(보일러)에서의 단위 공정까지의 배관의 열손실량이 에너지 소비량에 영향인자로 작용한다. 각 단위공정에서 필요한 에너지의 합한 에너지의 공급이 필요하면 각 단위공정의 운전조건 및 운전주기가 다르므로 실시간 필요한 에너지량은 달라지며 이러한 에너지 사용량을 예측을 통하여 열에너지생산설비(보일러 등)의 부하 변동이 필요에너지에 따라 비례 제어하는 것이 필요하다. 열에너지 생산설비의 비례제어로 운전을 위해서는 보일러의 LNG, LPG 또는 경유와 같이 1차 에너지의 연소버너의 턴다운비율이 0~100% 범위를 비례적으로 제어할 수 있는 버너가 적용되어야 한다. 버너가 0~100%로 비례제어 되지 않고 저렴한 제품으로 사용되는 버너의 경우 2단제어 0%, 50%, 100%의 단별 제어가 이루어질 경우, 에너지의 손실이 증가하게 된다. 다만 단계별 제어의 경우에도 본 예측 방법으로 예측을 통하여 공급량을 단계별 제어함으로써 불 필요하게 손실되는 에너지는 단계별 제어의 보다 정밀하게 제어할 수 있어서 에너지 사용량을 절감할 수 있다. 또한 에너지공급장치(보일러 등)의 성능을 실시간 계측을 통하여 분석하여 보일러의 유지보수시기를 예지하여 보전하므로서 보일러 성능저하에 따른 에너지 과잉소비를 절감할 수 있게 된다. The processing process of a food factory consists of several identical unit processes and sometimes different types of unit processes. In addition, various processes are configured, such as the same unit process being multi-composed or heterogeneous unit processes being multi-composed. Regardless of the type of unit process, sensible heat-oriented energy that consumes heat energy for each unit process is used. In the unit process, the required amount of heat energy is determined according to the operating conditions required for the production of the product according to the physical/chemical characteristics of the product. The physical/chemical characteristics of a product take into account specific heat, density, and holding time in each temperature condition, which are conditions for processing and sterilization of food products, depending on the product's constituents. The characteristics of the product itself and the weight and specific heat of the cradle on which the product is mounted are also energy consumption factors. The specific heat and specifications of the internal material of the unit process are also factors of energy use. The heat transfer efficiency according to the heat transfer method of the heat energy (steam, etc.) to the product and the required energy consumption for the time to maintain the temperature conditions for each section of the process equipment and products act as factors. In addition, the critical energy required varies according to product production information, that is, raw material supply, product production, and product type, and the amount of energy used varies according to the temperature, pressure, flow rate, etc. of a unit process. In addition, the amount of heat dissipation loss for each unit process and the amount of heat loss from the heat energy source (boiler) to the unit process acts as an influencing factor on energy consumption. When it is necessary to supply the sum of the energy required in each unit process, the operating conditions and operating cycle of each unit process are different, so the amount of energy required in real time varies. Proportional control is necessary according to this required energy. For operation by proportional control of thermal energy production facilities, a burner that can proportionally control the turndown ratio of the primary energy combustion burner in the range of 0-100%, such as LNG, LPG, or diesel in a boiler, should be applied. In case the burner is not proportionally controlled to 0-100% and is used as a cheap product, energy loss increases when the 2-stage control is 0%, 50%, or 100% stage-by-stage control. However, even in the case of step-by-step control, energy consumption can be reduced because unnecessary energy loss can be more precisely controlled through step-by-step control by controlling the supply amount by step through prediction with this prediction method. In addition, by analyzing the performance of the energy supply device (boiler, etc.) through real-time measurement, the maintenance period of the boiler is predicted and maintained, so that excessive energy consumption due to the deterioration of the boiler performance can be reduced.
도 4는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 예측 시스템의 운전제어 구성도이다.4 is a configuration diagram of an operation control of a heat energy supply and demand prediction system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
식품 단위공정 종류별 운전제어로직과 생산조건에 따라 에너지의 사용량이 달라지므로 각 단위공정의 생산조건에 따라 필요한 에너지 사용량이 예측되고 에너지관리시스템에서 각 단위공정별 필요한 에너지의 합한 총 에너지 필요량이 계산되어 보일러 제어시스템에의 버너(유량비례제어)를 통해 공정에서 필요한 에너지양을 생산하도록 제어하게 된다. 동일한 단위공정을 묶음으로 공정단 각각에 대한 유량계에서 측정된 유량 값이 실시간 모니터링 되므로 필요사용량 예측 값과의 편차를 에너지관리시스템에서 모니터링 하게 된다. 각 공정단에서 필요한 스팀 압력이 계측하여 모니터링 하여 열에너지공급장치(보일러 등)에서 생산 공급되는 스팀의 압력을 설정된 압력으로 생산되도록 버너를 제어하여 제어하게 된다. Since the amount of energy used varies according to the operation control logic and production conditions for each food unit process type, the required energy consumption is predicted according to the production conditions of each unit process, and the total energy required for each unit process is calculated in the energy management system. It is controlled to produce the amount of energy required in the process through the burner (flow proportional control) in the boiler control system. As the same unit process is bundled, the flow rate measured by the flow meter for each process stage is monitored in real time, so the energy management system monitors the deviation from the required usage forecast value. The steam pressure required at each process stage is measured and monitored, and the burner is controlled so that the pressure of the steam produced and supplied from the heat energy supply device (boiler, etc.) is produced at a set pressure.
도 5는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 예측 시스템의 가열공정의 열 및 물질 수지 산출방법 기반의 배치 및 연속식 에너지 분석 개념도이다.5 is a conceptual diagram of batch and continuous energy analysis based on the heat and mass balance calculation method of the heating process of the thermal energy supply and demand prediction system for product production according to the unit process of the food industry according to the present invention.
도 5(a)는 배치식 단위공정의 에너지 필요 임계에너지를 예측하기 위한 공정도이다. 식품 원료/제품에 대한 투입량, 물성조성에 대한 각각의 비열, 온도구간별 유지 시간에 대한 생산정보에 따라 제품 자체의 필요한 에너지인 임계에너지를 예측한다. 온도별 운전조건에 대한 운전로직에 따라 스팀을 공정내에서 직접 분사하는 조건과 간접가열 열교환기에 의해 간접 가열하는 조건으로 구분하여 직접가열 열원공급 방식일때 전열효율과 간접가열 열원공급 방식일 때 전열효율을 달리 적용하여 예측하게 된다. 도 5(b)는 연속식 단위공정에의 필요 임계에너지를 예측하기 위한 공정도이다. 연속식 단위공정의 경우에는 식품 원료/제품이 연속적으로 투입되고 열원은 직접가열 열원 또는 간접가열 열원이 공급될 수 있다. 연속공급 공정에서는 제품의 공정내 체류시간과 운전온도에 대한 인자와 직접가열 또는 간접가열에 대한 전열효율 적용이 달라지게 된다. 이러한 예측방법을 통해 예측된 값이 에너지관리시스템에서 필요 에너지량을 예측하게 된다. Figure 5 (a) is a process diagram for predicting the energy required critical energy of the batch-type unit process. The critical energy, which is the required energy of the product itself, is predicted according to the amount of input to the food raw material/product, the specific heat for each physical composition, and the production information on the holding time for each temperature section. According to the operation logic for the operating conditions for each temperature, it is divided into a condition in which steam is directly sprayed within the process and a condition in which indirect heating is performed by an indirect heating heat exchanger. is predicted by applying differently. 5(b) is a flowchart for estimating the critical energy required for a continuous unit process. In the case of a continuous unit process, food raw materials/products are continuously input and the heat source may be a direct heating heat source or an indirect heating heat source. In the continuous supply process, factors for the product's in-process residence time and operating temperature and the application of heat transfer efficiency to direct or indirect heating are different. The predicted value through this prediction method predicts the amount of energy required in the energy management system.
도 6은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 예측 시스템의 데이터수집, 분석, 예측 및 에너지공급을 연계한 에너지 절감 시스템 구성도이다.6 is a configuration diagram of an energy saving system linking data collection, analysis, prediction, and energy supply of a thermal energy supply and demand prediction system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
도 6은 식품공장의 여러 단위공정이 복수로 구성된 공장에서의 생산정보 및 공정 운전정보의 계측 모니터링을 통한 데이터 수집, 분석, 예측을 통하여 제어와 운전자에 대한 가이던스를 제공하여 에너지 절감을 하는 시스템 구성도를 실시예로 나타낸 것이다. 식품공장의 각 단위공정에서는 온도, 압력, 시간, 원료/제품 종류에 대한 정보와 생산정보로서 원료종류, 운전조건(공정별 시간, 온도), 스팀 압력, 온도, 유량, 공급시간 등에 대한 운전정보를 수집하여 각 공정별 필요에너지를 예측하고 이를 실시간 수집 및 모니터링하여 분석하여 열에너지 공급장치인 보일러의 운전을 제어하여 스팀생산 공급량을 제어하는 연계시스템이다. 또한 각 단위공정에서 배출되는 에너지량을 각 단위공정으로 공급되는 에너지량을 기준으로 산출하여 회수 가능한 에너지량을 산출하는 것도 포함한다. 환경조건의 온도와 습도를 계측하여 에너지 사용량을 분석함으로써 날씨에 의한 에너지 사용량을 비교 분석하도록 구성하였다.6 is a system configuration for saving energy by providing guidance to control and drivers through data collection, analysis, and prediction through measurement and monitoring of production information and process operation information in a factory in which several unit processes of a food factory are configured The figure is shown as an example. In each unit process of a food factory, information on temperature, pressure, time, raw material/product type and production information, such as raw material type, operating conditions (time, temperature for each process), steam pressure, temperature, flow rate, supply time, etc. It is a linked system that collects and predicts the energy required for each process, collects and monitors it in real time, and analyzes it to control the operation of the boiler, a heat energy supply device, to control the amount of steam produced and supplied. It also includes calculating the amount of energy that can be recovered by calculating the amount of energy discharged from each unit process based on the amount of energy supplied to each unit process. By measuring the temperature and humidity of environmental conditions and analyzing the energy consumption, it was configured to compare and analyze the energy consumption by weather.
(실시예1)(Example 1)
단위공정분석서버, 단위공정 데이터베이스, 이론열에너지분석서버, 실제열에너지분석서버 중 어느 하나 이상을 통한 식품 단위공정에 필요한 이론 수요 열에너지 또는 실제 수요 열에너지를 예측하고자 하였다. 도 7을 살펴보면 대상공정은 열에너지인 스팀을 생산하는 보일러공정, 스팀을 소비하는 굽기공정, 2차살균공정 및 가열 및 살균공정을 대상으로 하였다. It was attempted to predict the theoretical demand heat energy or the actual demand heat energy required for a unit process of food through any one or more of a unit process analysis server, a unit process database, a theoretical heat energy analysis server, and an actual heat energy analysis server. Referring to FIG. 7 , the target process was a boiler process for producing steam, which is thermal energy, a baking process for consuming steam, a secondary sterilization process, and a heating and sterilization process.
주 에너지 소비 공정은 가열(훈연)의 경우, 직·간접 열 교환 통한 대상 제품의 승온 및 온도 유지에 필요한 열량이 많이 필요하며, 시스템 호기 수가 많아 열에너지 소비량의 대부분을 차지하는 공정임을 확인할 수 있다.In the case of heating (smoking), the main energy consumption process requires a lot of heat required to raise the temperature and maintain the temperature of the target product through direct and indirect heat exchange, and it can be confirmed that it is a process that accounts for most of the heat energy consumption due to the large number of exhaled air in the system.
주 에너지 소비 공정의 특징은 (1) 가열 시스템 내 가열 운전 로직에 의해 제어됨, (2) 배치(batch) 방식으로 운영되며 제품은 가열 시간 경과 후, 다른 제품 가열을 위해 교체될 수 있다. The main energy-consuming process characteristics are (1) controlled by the heating operation logic in the heating system, (2) it operates in a batch manner and products can be replaced for heating other products after the heating time has elapsed.
(실시예2)(Example 2)
단위공정분석서버, 단위공정 데이터베이스, 이론열에너지분석서버, 실제열에너지분석서버 중 어느 하나 이상을 통한 가열(훈연) 공정에 필요한 이론 수요 열에너지 또는 실제 수요 열에너지를 예측하고자 하였다. 도 8은 가열(훈연)공정의 공정을 살펴보면 대상공정의 투입(Input)에는 수분 및 고상을 포함하는 대상 원료(Raw material), 공기, 스팀을 확인할 수 있고, 배출(Output)에는 수분 및 고상을 포함하는 대상 제품(Product), 공기, 대기중 벤트, 응축물을 확인할 수 있다. 또한 상기 대상 원료 및 대상 제품을 이송하는 카트(Carrying cart)를 포함할 수 있다.It was attempted to predict the theoretical demand heat energy or the actual demand heat energy required for the heating (smoke) process through any one or more of a unit process analysis server, a unit process database, a theoretical thermal energy analysis server, and an actual thermal energy analysis server. 8 shows the process of the heating (smoking) process, it is possible to check the raw material, air, and steam including moisture and solid phase in the Input of the target process, and moisture and the solid phase in the Output. You can check the target product, air, air vents, and condensate to be included. In addition, it may include a cart for transporting the target raw material and the target product (Carrying cart).
본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 예측 시스템의 예측 방법을 구분하면 Excel 프로그램을 기반으로 시스템을 단순화하여(입·출구 조건만 고려) 단위 장치/공정 별 열·물질 정산 수행할 수 있다.If the prediction method of the thermal energy supply and demand forecasting system for product production according to the unit process of the food industry according to the present invention is classified, the system is simplified based on the Excel program (considering only the entry and exit conditions), Substance settlement can be performed.
열 및 물질 정산을 위한 고려사항으로는 (1) (가열) 전체 가열 공정에 대한 스팀 소비 에너지 량은 각 가열 운전 로직 단계 별 스팀 소비 에너지 량의 합과 같다고 가정할 수 있다. As a consideration for heat and material settlement, it can be assumed that (1) (heating) steam energy consumption for the entire heating process is equal to the sum of steam energy consumption for each heating operation logic step.
(2) (가열) n 단계에서 가열 온도는 n+1 단계에서 투입 온도와 같다고 가정할 수 있다. (2) (heating) It can be assumed that the heating temperature in step n is equal to the input temperature in
Tn = Tb,n+1 (1)T n = T b,n+1 (1)
여기서, Tn은 n 단계에서의 가열 온도 (℃), 그리고 Tb,n+1은 n+1 단계에서의 투입온도이다. (=n 단계에서의 가열 온도, ℃)Here, T n is the heating temperature (°C) in the n step, and T b,n+1 is the input temperature in the n+1 step. (=heating temperature in step n, °C)
열 및 물질 정산에서 (1) 입력 값 : 제품 비열, 함수율 및 제품 투입량, 제품 外 투입 설비 등 질량, 투입 개수 등에 해당되며, 직접 파악 가능한 항목의 경우 시료 분석 및 현장 측정을 통해 값을 적용할 수 있다. (1) Input value in heat and material settlement: Product specific heat, moisture content and product input amount, mass such as input equipment outside the product, number of inputs, etc. For items that can be directly identified, values can be applied through sample analysis and on-site measurement have.
(2) 물질 정산 : 가열 공정에 투입되는 물질은 가열을 위해 필요한 스팀, 원료 고체 물질과 수분, 원료를 가열 시스템 내 운반하기 위한 이동식 선반, 그리고 공기 등이 있음. 나가는 물질로는 공정을 거치며 처리된 고체 물질, 증발되거나 처리된 물질 내 남은 수분, 이동식 선반, 공기, 응축수 혹은 가열매체로 쓰인 후 대기로 나가는 증기가 있음. 물질 정산을 위한 식은 아래(2)와 같을 수 있다.(2) Material settlement: Materials input to the heating process include steam, raw material solid material and moisture required for heating, a movable shelf to transport the raw material into the heating system, and air. Outgoing materials include solid materials that have been processed and evaporated or remaining moisture in treated materials, mobile shelves, air, condensate or vapors used as heating medium and then discharged to the atmosphere. The formula for material settlement may be as follows (2).
∑imb = ∑ime (2)∑ i m b = ∑ i m e (2)
여기서, ∑imb는 투입되는 물질의 질량의 합 (kg)을, ∑ime는 나가는 물질의 질량 합 (kg)을 의미할 수 있다.Here, ∑ i m b may mean the sum of the masses of the input materials (kg), and ∑ i m e may mean the sum of the masses of the outgoing materials (kg).
(3) 열에너지 정산 : 가열 공정에서 투입되고 나가는 물질 별 현열 계산 (ΔHs,n,i) 은 식 (3) 와 같이 수행되며, 식 (4) 와 같이 각 물질 별 현열 합 (ΔHs,n) 으로 구할 수 있다. (3) Thermal energy calculation: Calculation of sensible heat (ΔH s,n,i ) for each material input and output in the heating process is performed as in Equation (3), and the sum of sensible heat (ΔH s,n ) for each material as in Equation (4) ) can be obtained as
ΔHs,n,i = mn,iCp,n,i(Tn,i-Tn-1,i) (3)ΔH s,n,i = m n,i C p,n,i (T n,i -T n-1,i ) (3)
ΔHs,n = ∑i (ΔHs,n,i) (4)ΔH s,n = ∑ i (ΔH s,n,i ) (4)
여기서, mn,i는 n 단계에서의 i 물질의 질량(kg), Cp,n,i 는 n 단계에서의 i 물질의 비열 (kcal/kg,℃), Tn,i와 Tn - 1,i는 n 단계에서의 나가고 투입되는 i 물질의 온도 (℃) 를 의미할 수 있다. Here, m n,i is the mass of material i in the n stage (kg), C p,n,i is the specific heat of the material i in the n stage (kcal/kg,°C), T n,i and T n - 1,i may mean the temperature (°C) of material i that is inputted and exited in step n.
n 단계에서의 스팀 입 열량 (kcal) 은 투입 전·후 현열의 차이(ΔHs,n)와 제 품 가열 과정에서 빠져 나가는 수분 증발 열량 분 (Qm,n), 방열 손실 및 열효율을 고려한 열량 분 (Qi,n), 그리고 가열매체로 쓰인 후 대기로 나가는 것을 고려한 열량 분 (Qv,n) 합으로 결정될 수 있다.The amount of heat input from steam (kcal) at step n is the difference in sensible heat before and after input (ΔH s,n ), the amount of heat from evaporation of water that escapes during the product heating process (Q m,n ), and the amount of heat in consideration of heat dissipation loss and thermal efficiency It can be determined as the sum of the minutes (Q i,n ) and the heat minutes (Q v,n ) taking into account that it is used as a heating medium and goes out to the atmosphere.
Qs,n = ΔHs,n + Qm,n + Qi,n + Qv,n + Qc,n (5)Q s,n = ΔH s,n + Q m,n + Q i,n + Q v,n + Q c,n (5)
각 단계에서의 스팀 입 열량을 합산한 가열 공정에서의 총 스팀 입 열량 (Qs, kcal) 은 다음과 같을 수 있다.The total steam heat input (Q s , kcal) in the heating process by adding up the steam heat input in each step may be as follows.
또한, 예측 검증을 위한 데이터 확보는 데이터 수집으로 선제적 계측 인프라 구축 진행된 비엔나 훈연 공정에 대하여 스팀 압력/유량/온도 데이터 초 단위 수집할 수 있다. In addition, to secure data for prediction verification, it is possible to collect steam pressure/flow/temperature data in seconds for the Vienna smoking process in which the preemptive measurement infrastructure was built through data collection.
측정 데이터 분석으로 시간/항목 별로 구분된 스팀 압력/유량/온도 등에 대하여 '공정품질관리일보'제품 생산 일시/가열시간/투입량 등 데이터를 확보할 수 있다.By analyzing the measured data, data such as the production date/time/heating time/input amount of the 'Process Quality Management Daily' product can be secured for steam pressure/flow/temperature divided by time/item.
도 7은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 열에너지인 스팀 예측을 위한 보일러 계산 실험예이다.7 is an experimental example of boiler calculation for predicting steam, which is heat energy, of a heat energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
상기 증기 생산을 위한 주요 스트림은 연료인 LNG, 연소용 공기, 급수, 연소후 생성되는 배가스, 생성된 스팀 및 방열손실로 이루어질 수 있다. 각 스트림에 따른 에너지는 입열량, 현열, 방열손실 및 연소손실로 구분할 수 있다.The main stream for the steam production may consist of fuel LNG, combustion air, feed water, flue gas generated after combustion, steam generated and heat radiation loss. Energy according to each stream can be divided into heat input, sensible heat, heat dissipation loss, and combustion loss.
도 8은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 열에너지인 스팀 예측을 위한 가열공정 계산 실험예이다.8 is an experimental example of a heating process calculation for predicting steam, which is heat energy, of a heat energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
상기 식품을 처리하기 위한 가열공정에서의 주요 스트림은 식품원료, 스팀, 추가적인 가열원인 전기히터, 과열증기, 식품제품, 응축수, 대기벤트, 방열손실로 구성될 수 있다. 각 스트림에 따른 에너지는 입열량, 현열, 방열손실 및 연소손실로 구분할 수 있다.The main stream in the heating process for processing the food may be composed of food raw materials, steam, an electric heater as an additional heating source, superheated steam, food products, condensate, atmospheric vent, and heat radiation loss. Energy according to each stream can be divided into heat input, sensible heat, heat dissipation loss, and combustion loss.
도 9는본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 열에너지인 스팀 예측을 위한 훈연공정 계산 실험예이다.9 is an experimental example of calculating a smoking process for predicting steam, which is heat energy, of a heat energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
상기 식품을 훈연 처리하기 위한 훈연공정에서의 주요 스트림은 1차 식품원료, 1차운반트레이, 1차보유공기, 1차공급공기, 1차스팀, 1차송풍기공급공기, 2차 식품원료, 2차운반트레이, 대기벤트, 수분증발, 가열후공기, 응축수, 방열손실로 구성될 수 있다. 각 스트림에 따른 에너지는 입열량, 현열, 방열손실 및 연소손실로 구분할 수 있다.The main streams in the fumigation process for fumigating the food are primary food raw materials, primary transport trays, primary holding air, primary supply air, primary steam, primary blower supply air, secondary food raw materials, 2 It can be composed of a cold transport tray, atmospheric vent, moisture evaporation, air after heating, condensate water, and heat loss. Energy according to each stream can be divided into heat input, sensible heat, heat dissipation loss, and combustion loss.
도 10은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 열에너지인 스팀 예측을 위한 살균공정 계산 실험예이다.10 is an experimental example of calculating a sterilization process for predicting steam, which is heat energy, of a heat energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
상기 식품을 소독공정에서의 주요 스트림은 원료, 스팀, 제품, 응축수, 방열손실로 구성될 수 있다. 각 스트림에 따른 에너지는 입열량, 현열, 방열손실 및 연소손실로 구분할 수 있다.The main stream in the food disinfection process may be composed of raw materials, steam, products, condensate, and heat loss. Energy according to each stream can be divided into heat input, sensible heat, heat dissipation loss, and combustion loss.
도 11은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 가열(훈연)공정의 개략도이다.11 is a schematic diagram of a heating (smoking) process of a thermal energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
상기 투입물은 수분을 포함한 고상 원료, 운송을 위한 카트, 공기가 선택적으로 고려될 수 있다. 상기 원료 처리를 위한 스팀이 공급될 수 있다. 상기 배출물은 수분을 포함한 제품, 상기 제품 운반을 위한 카트, 공기 및 응축수가 선택적으로 고려될 수 있다. 상기 원료 처리에 따른 열손실도 고려될 수 있음은 자명하다.The input may be a solid raw material containing moisture, a cart for transport, and air may be considered selectively. Steam for processing the raw material may be supplied. The effluent may optionally be considered a product containing moisture, a cart for transporting the product, air and condensate. It is obvious that heat loss due to the processing of the raw material may also be considered.
도 12는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 가열(훈연)공정의 열 및 물질수지 계산을 위한 로직이다.12 is a logic for calculating the heat and mass balance of the heating (smoking) process of the thermal energy supply and demand system for product production according to the unit process of the food industry according to the present invention.
상기 스팀처리를 위한 단계별 공급물의 물질 수지를 나타낸 것으로 공정 처리사간에 따른 대상 요소별 온도 프로파일링을 통해 에너지를 예측 및 제어할 수 있다.It shows the material balance of the feed for each step for the steam treatment, and energy can be predicted and controlled through temperature profiling for each target element according to the process period.
도 13은 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 에너지 소비량 예측 및 실제계측값 데이터이다. 13 is an energy consumption prediction and actual measurement data of a thermal energy supply and demand system for product production according to a unit process of the food industry according to the present invention.
상기 실험예측 및 실제계측값의 변동폭은 ± 30%이내로 본 발명에 따른 열에너지 수요공급 시스템을 통한 에너지 소비량 예측 및 실제계측값에 대한 신뢰도를 확인할 수 있다. The range of variation of the experimental prediction and the actual measurement value is within ± 30%, and it is possible to confirm the energy consumption prediction and the reliability of the actual measurement value through the thermal energy supply and demand system according to the present invention.
도 14는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 에너지 수요공급 시스템 운영로직도이다.14 is an energy supply and demand system operation logic diagram of a thermal energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
도 15는 본 발명에 따른 식품산업의 단위공정에 따른 제품생산을 위한 열에너지 수요공급 시스템의 공정제어 시스템 운영로직도이다.15 is a process control system operation logic diagram of a heat energy supply and demand system for product production according to a unit process in the food industry according to the present invention.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.Although the present invention has been described in detail through representative embodiments above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. will understand
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.
100: 단위공정분석서버
200: 단위공정 데이터베이스
300: 이론열에너지분석서버
400: 실제열에너지분석서버
500: 열에너지관리서버
600: 스팀보일러
601: 버너(유량비례제어)
602: 보일러 연료
611: 보일러수 급수 유량계
612: 보일러 생산 스팀 유량계
613: 보일러 생산 스팀 압력계
621: 보일러 연소가스 온도계
700: 식품 A type 가열공정 1
701: 식품 A type 가열공정 2
710: 식품 B type 가열공정 1
711: 식품 B type 가열공정 2
720: 식품 살균공정 1
721: 식품 살균공정 2
801A: 공정 공급용 스팀압력계
810A: 공정 공급용 스팀유량계
1000: 에너지 수요/공급 예측 시스템
2000: 공정제어 시스템100: unit process analysis server
200: unit process database
300: theoretical thermal energy analysis server
400: actual thermal energy analysis server
500: thermal energy management server
600: steam boiler
601: burner (flow proportional control)
602: boiler fuel
611: boiler water feed water flow meter
612: boiler production steam flow meter
613: boiler production steam pressure gauge
621: boiler flue gas thermometer
700: Food A
701: Food A
710: Food B
711: Food B
720:
721:
801A: Steam pressure gauge for process feed
810A: Steam Flow Meter for Process Feed
1000: Energy demand/supply forecasting system
2000: Process control system
Claims (8)
상기 단위공정분석서버에서 산출된 분석정보를 단위공정 데이터베이스(200);에 입력하는 제2단계;
이론열에너지분석서버(300);에서 상기 식품 단위공정의 이론 수요 열에너지를 산출하는 제3단계;
실제열에너지분석서버(400);에서 상기 식품 단위공정의 실제 수요 열에너지를 예측하는 제4단계; 및
상기 실제열에너지분석서버에서 열에너지 공급장치의 수요에너지 및 공급 열에너지를 예측하는 제5단계; 및
열에너지관리서버(500);에서 상기 식품 단위공정의 절감 열에너지를 예측하고, 상기 열에너지공급장치의 공급열에너지 생산을 비례제어하는 제6단계;를 포함하며,
상기 열에너지관리서버는 동일한 상기 단위공정을 그룹화하여 상기 단위공정 각각에 대한 상기 운전정보, 상기 분석정보, 상기 이론 수요 열에너지, 상기 실제 수요 열에너지, 상기 열에너지 공급장치의 수요에너지, 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 및 상기 절감 열에너지 중 어느 하나 이상의 분석, 산출 및 예측 데이터로 상기 열에너지 공급장치를 비례제어하는 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법.
A first step of analyzing operation information of a unit process of food in the unit process analysis server 100;
a second step of inputting the analysis information calculated by the unit process analysis server into the unit process database 200;
A theoretical thermal energy analysis server 300; a third step of calculating the theoretical demand thermal energy of the food unit process;
A fourth step of predicting the actual thermal energy demand of the food unit process in the actual thermal energy analysis server 400; and
a fifth step of predicting demand energy and supply heat energy of the thermal energy supply device in the actual thermal energy analysis server; and
A sixth step of predicting the reduced heat energy of the food unit process in the heat energy management server 500 and proportionally controlling the heat energy production of the heat energy supply device;
The thermal energy management server groups the same unit process, and the operation information for each of the unit processes, the analysis information, the theoretical demand thermal energy, the actual demand thermal energy, the demand energy of the thermal energy supply device, and the supply of the thermal energy supply device A method of reducing thermal energy through energy analysis for each process in the food industry, in which the thermal energy supply device is proportionally controlled with analysis, calculation, and prediction data of any one or more of thermal energy and the reduced thermal energy.
상기 운전정보는 상기 식품의 품질만족조건, 상기 단위공정의 운전조건, 상기 식품 원료의 물리 및 화학적 특성값, 생산된 상기 식품의 물리 및 화학적 특성값, 상기 단위공정을 구성하는 1차에너지공급부, 유량계, 1차에너지공급유량비례제어버너, 유량비례제어부, 열에너지공급장치, 보일러수공급유량계, 스팀생산유량계, 생산스팀압력계, 스팀헤더, 스팀공급배관, 스팀압력계, 스팀유량계, 외기온도계, 외기습도계 중 어느 하나 이상을 포함하는 장치 정보 중 어느 하나 이상인 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법.
According to claim 1,
The operation information includes the quality satisfaction condition of the food, the operation condition of the unit process, the physical and chemical characteristic values of the food raw materials, the physical and chemical characteristic values of the produced food, a primary energy supply unit constituting the unit process, Flowmeter, primary energy supply flow rate proportional control burner, flow rate proportional control unit, heat energy supply device, boiler water supply flowmeter, steam production flowmeter, production steam pressure gauge, steam header, steam supply pipe, steam pressure gauge, steam flowmeter, outdoor air thermometer, outdoor air hygrometer Thermal energy saving method through energy analysis for each process in the food industry at any one or more of the device information including any one or more.
상기 단위공정의 운전조건은 상기 단위공정의 에너지 및 물질수지 산출에 필요한 운전데이터를 이용하여 산출되는 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법.
3. The method of claim 2,
The operation condition of the unit process is a heat energy saving method through energy analysis for each process in the food industry, which is calculated using operation data required for calculating the energy and material balance of the unit process.
상기 열에너지관리서버는 식품제품 생산정보와 상기 이론 수요 열에너지, 상기 실제 수요 열에너지, 상기 열에너지 공급장치의 수요에너지, 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 및 상기 절감 열에너지 중 어느 하나 이상을 분석하는 에너지 수요공급 서버(1000); 및
상기 이론 수요 열에너지, 상기 실제 수요 열에너지 중 어느 하나 이상을 산출 또는 예측하고, 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 및 상기 절감 열에너지 중 어느 하나 이상을 제어하는 공정제어 서버(2000);로 구성된 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법.
According to claim 1,
The thermal energy management server is an energy demand supply server that analyzes food product production information and any one or more of the theoretical demand thermal energy, the actual demand thermal energy, the demand energy of the thermal energy supply device, the supply thermal energy of the thermal energy supply device, and the reduced thermal energy (1000); and
The process control server 2000 for calculating or predicting any one or more of the theoretical demand thermal energy and the actual demand thermal energy, and controlling any one or more of the supply thermal energy of the thermal energy supply device and the reduced thermal energy; Process of the food industry consisting of; Thermal energy saving method through star energy analysis.
상기 에너지 수요공급 서버는 상기 단위공정분석서버에서 복수의 상기 단위공정의 상기 운전정보를 제공받는 단계;
상기 실제열에너지분석서버를 통해 그룹화된 상기 단위공정별 수요에너지를 산출하는 단계;
상기 단위공정분석서버를 통해 상기 단위공정별 운전시간에 따른 운전데이터를 수집하는 단계;
상기 단위공정분석서버를 통해 상기 단위공정의 가동여부를 판단하여 가동되지 않은 상기 단위공정은 에너지 분석대상에서 제외하는 단계;
상기 실제열에너지분석서버를 통해 상기 단위공정별 운전시간에 따른 상기 실제 수요열에너지 총량을 산출하는 단계; 및
상기 실제 수요열에너지 총량 결과값에 따른 상기 단위공정 각각에 대한 상기 운전정보, 상기 분석정보, 상기 이론 수요 열에너지, 상기 실제 수요 열에너지, 상기 열에너지 공급장치의 수요에너지, 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 및 상기 절감 열에너지 중 어느 하나 이상을 상기 공정제어 서버로 전송하는 단계;를 포함하는 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법.
5. The method of claim 4,
receiving, by the energy supply and demand server, the operation information of the plurality of unit processes from the unit process analysis server;
calculating the demand energy for each unit process grouped through the actual thermal energy analysis server;
collecting operation data according to the operation time for each unit process through the unit process analysis server;
determining whether the unit process is operated through the unit process analysis server and excluding the unit process that is not operated from the energy analysis target;
calculating the total amount of actual heat energy demand according to the operation time for each unit process through the actual heat energy analysis server; and
The operation information, the analysis information, the theoretical demand thermal energy, the actual demand thermal energy, the demand energy of the thermal energy supply device, the supply thermal energy of the thermal energy supply device, and the Transmitting any one or more of the reduced thermal energy to the process control server; a method of reducing thermal energy through energy analysis for each process in the food industry, including.
상기 공정제어 서버는 상기 에너지 수요공급 서버에서 전송된 정보로 상기 열에너지 공급장치의 수요에너지를 비례제어하는 단계;
상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지와 상기 실제 수요 열에너지가 일치하는지 판단하고 일치하지 않으면 상기 비례제어를 재조정하는 단계;
상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지와 상기 실제 수요 열에너지가 일치하면 상기 식품제품 생산과 연관된 상기 열에너지 공급장치의 공급열에너지 양을 계측하고 상기 단위공정분석서버에 전송하는 단계;를 포함하는 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법.
6. The method of claim 5,
The process control server proportionally controlling the energy demand of the thermal energy supply device with the information transmitted from the energy supply and demand server;
determining whether the supplied thermal energy of the thermal energy supply device matches the actual demanded thermal energy, and if not, re-adjusting the proportional control;
When the supply heat energy of the heat energy supply device matches the actual demand heat energy, measuring the amount of heat energy supplied by the heat energy supply device related to the production of the food product and transmitting it to the unit process analysis server; each process in the food industry comprising a; A method of saving thermal energy through energy analysis.
상기 이론 수요 열에너지는 상기 이론열에너지분석서버의 계산프로그램에 상기 운전정보를 변수와 상수로 분류 입력하여 상기 단위공정의 에너지 및 물질수지를 계산하여 산출하는 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법.
According to claim 1,
The theoretical demand heat energy is a heat energy saving method through energy analysis for each process in the food industry, in which the operation information is classified into variables and constants into the calculation program of the theoretical heat energy analysis server, and the energy and material balance of the unit process are calculated and calculated. .
상기 계산프로그램을 통해서 상기 단위공정의 운전조건 및 장치 정보에 따른 이론 수요 에너지 손실량,
상기 열에너지 공급장치에서 상기 단위공정에 공급하는 상기 이론 수요 열에너지의 전열효율 및
상기 열에너지 공급장치에서 상기 단위공정까지의 열에너지 공급배관의 이론 열에너지 손실량을 계산하여 산출하는 식품산업의 공정별 에너지 분석을 통한 열에너지 절감방법.8. The method of claim 7,
The theoretical demand for energy loss according to the operating conditions and device information of the unit process through the calculation program;
The heat transfer efficiency of the theoretical demand heat energy supplied to the unit process by the heat energy supply device, and
A method of reducing thermal energy through energy analysis for each process in the food industry, which calculates and calculates the theoretical thermal energy loss of the thermal energy supply pipe from the thermal energy supply device to the unit process.
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