KR102423721B1 - 열전 발전 모듈을 이용한 IoT 배관 온도 모니터링 시스템 - Google Patents

열전 발전 모듈을 이용한 IoT 배관 온도 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 열전 발전 모듈을 이용한 IoT 배관 모니터링 시스템에 관한 것으로, 배관 모니터링 시스템은 배관의 외주면 상에 설치되며, 배관에서 방출되는 열을 회수해 전력을 생산하는 열전 발전 방식으로 구동되는 복수의 센서 모듈; 상기 복수의 센서 모듈과 통신하여 상기 복수의 센서 모듈로부터 전송된 데이터를 저장 및 관리하는 서버; 및 상기 서버로부터 상기 데이터를 전달받아 상기 배관의 상태를 실시간으로 모니터링하는 적어도 하나의 제어장치 또는 적어도 하나의 관리자 단말기를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 온도 센서 모듈이 자가 열전 발전 방식으로 구동되고 무선 통신이 가능하므로 별도의 전원선이나 통신선 없어도 되므로 센서 구조 및 설비 구조가 간단해지고 설치 위치의 제약이 없는 장점이 있다.
또한, 밸브와 근접한 배관의 실시간 온도 모니터링이 가능하므로 배관의 열 분포를 실시간으로 확인 및 분석해 배관의 이상 상태를 조기에 진단함으로써 배관의 예방적 정비가 가능해지고, 정비 비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

열전 발전 모듈을 이용한 IoT 배관 온도 모니터링 시스템{IoT piping temperature monitoring system using thermoelectric power module}
본 발명은 발전소 배관의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 열전 발전 모듈을 이용한 IoT 배관 모니터링 시스템에 관한 것이다.
화력 발전소는 석탄이나 석유 등의 연료를 연소해 발생하는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 시설이다. 화력 발전소에는 물을 가열해 증기를 발생시키는 보일러, 보일러에서 발생한 증기로 터빈을 회전시켜 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기 등이 설치된다.
화력 발전소 내 여러 설비는 수많은 배관으로 서로 연결되며, 배관 내부로 증기와 같은 고온의 유체가 지속적으로 이동하게 된다. 따라서 사용 시간이 경과됨에 따라 내부 유체의 종류, 속도, 압력 등 다양한 요인에 의해 배관에 감육 현상이 나타나게 된다. 이를 오래 방치하면, 배관 및 주변 구조물의 건전성이 악화되고, 설비의 파손 및 추락으로 인한 사고 발생의 가능성이 높아지며, 더 나아가 발전 설비의 가동 중단에까지 이를 수 있어 경제적, 사회적으로 큰 손실이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해 배관의 정기적인 안전 점검 및 정비가 이루어지고 있으며, 안전 점검 및 정비를 위한 장비의 일 예로 온도 센서가 사용될 수 있다.
도 1은 온도 센서 장착을 위한 구조를 갖는 종래의 배관을 나타낸 사진이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 화력 발전소의 배관에 온도 센서를 장착하기 위해서는 별도의 장착용 연결관(30)을 구비하고 기존 배관(10)을 절단해 연결관(30)을 삽입한 후 용접으로 기존 배관(10)과 연결관(30)을 결합하게 된다. 종래의 온도 센서 장착 구조는 장착용 연결관(30)에 온도 센서를 장착해 사용하는 구조이다.
그런데 이러한 종래의 온도 센서 장착 구조는 온도 센서 장착을 위해 온도센서 장착부(32)가 구비된 별도의 연결관(30)을 설치해야 했다. 이에 따라 배관(10)이 손상되고, 기존 배관(10)과 연결관(30) 사이의 용접부(12) 강도가 떨어져 배관(10)의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 온도 센서를 설치하고 모니터링을 하기 위해서는 전원 공급 및 통신을 위한 케이블이 필요하므로 설치 위치가 한정적인 문제가 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 목적은 자가 열전발전이 가능한 온도 센서 모듈을 적용한 열전 발전 모듈을 이용한 IoT 배관 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 밸브와 근접한 배관의 실시간 온도 모니터링을 통해 배관의 이상 상태를 조기에 진단할 수 있는 열전 발전 모듈을 이용한 IoT 배관 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 온도 센서 이외에도 여러 센서를 적용해 배관의 상태를 실시간으로 점검할 수 있는 열전 발전 모듈을 이용한 IoT 배관 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배관 모니터링 시스템은 배관의 외주면 상에 설치되며, 배관에서 방출되는 열을 회수해 전력을 생산하는 열전 발전 방식으로 구동되는 복수의 센서 모듈; 상기 복수의 센서 모듈과 통신하여 상기 복수의 센서 모듈로부터 전송된 데이터를 저장 및 관리하는 서버; 및 상기 서버로부터 상기 데이터를 전달받아 상기 배관의 상태를 실시간으로 모니터링하는 적어도 하나의 제어장치 또는 적어도 하나의 관리자 단말기를 포함한다.
상기 센서 모듈과 근거리 무선 통신 방식으로 통신하고, 상기 서버와 유선 통신하여 상기 데이터를 상기 서버로 전송하는 게이트웨이를 더 포함한다.
상기 근거리 무선 통신 방식은 지그비(Zigbee) 방식인 것이 특징이다.
상기 서버는 상기 제어장치 또는 관리자 단말기와 인트라넷으로 통신하는 것이 특징이다.
상기 센서 모듈은 상기 배관으로부터 열을 회수해 전력을 발생하는 열전 모듈, 상기 열전 모듈로부터 회수된 열을 방출하는 히트 싱크, 상기 열전 모듈과 연결되어 상기 열전 모듈에서 발생된 전력을 저장하는 ESS(Energy Storage System) 모듈, 상기 ESS 모듈에 저장된 전력을 분배하는 PM(Power Management) 모듈, 상기 배관의 상태를 감지하는 적어도 하나의 센서, 상기 센서로부터 감지된 감지값을 수신하는 MCU 모듈, 상기 MCU 모듈의 제어에 따라 상기 게이트웨이와 통신하는 RF 모듈을 포함한다.
상기 센서는 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서, 이산화탄소 센서, 암모니아 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 센서 모듈은 상기 배관에 결합되는 적어도 하나의 프레임을 갖는 장착부를 더 포함한다.
상기 배관에 상기 센서 모듈이 장착된 상태에서 상기 배관의 외주면을 감싸도록 보온재가 설치되고, 상기 센서 모듈의 일부 또는 전부가 상기 보온재의 내측에 배치되는 것이 특징이다.
상기 센서 모듈은 상기 배관의 밸브에 인접하여 설치되는 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 온도 센서 모듈이 자가 열전 발전 방식으로 구동되고 무선 통신이 가능하므로 별도의 전원선이나 통신선 없어도 되므로 센서 구조 및 설비 구조가 간단해지고 설치 위치의 제약이 없는 장점이 있다.
또한, 밸브와 근접한 배관의 실시간 온도 모니터링이 가능하므로 배관의 열 분포를 실시간으로 확인 및 분석해 배관의 이상 상태를 조기에 진단함으로써 배관의 예방적 정비가 가능해지고, 정비 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 온도 센서 이외에 습도, 조도, 이산화탄소, 암모니아 등 다른 항목을 감지하는 다양한 센서에도 자가 열전 발전 방식을 적용할 수 있어 다양한 방식으로 배관의 점검 및 진단이 가능한 장점이 있다.
도 1은 온도 센서 장착을 위한 구조를 갖는 종래의 배관을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 모니터링 시스템을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2에 따른 온도 센서 모듈을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 따른 온도 센서 모듈의 센서부를 도시한 모식도이다.
도 5는 도 2에 따른 온도 센서 모듈의 설치 예를 도시한 종단면도이다.
도 6은 도 3에 따른 배관의 온도 센서 모듈 설치 예를 도시한 횡방향 모식도이다.
도 7은 도 3에 따른 배관용 보온재의 일 예를 나타낸 사진이다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 따른 열전 발전 모듈을 이용한 IoT 배관 모니터링 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하에서는 편의상 센서 모듈의 일 예로 온도 센서 모듈을 들어 설명하나, 온도 센서 모듈은 습도, 조도, 이산화탄소, 암모니아 등 다른 항목을 감지하는 센서 모듈로 대체될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 모니터링 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전 발전 모듈을 이용한 IoT 배관 모니터링 시스템은 크게 배관(100)에 설치되는 복수의 온도 센서 모듈(300)과, 온도 센서 모듈(300)과 통신하는 게이트웨이(400)와, 게이트웨이(400)와 통신해 측정 정보를 수집하는 서버(500)와, 서버(500)와 인트라넷(미리 설정된 조직이나 장소 내에서만 사용되는 유선 통신망)으로 연결되고 관리자에 의해 관리되는 적어도 하나의 제어장치(600)와, 서버(500)와 인트라넷으로 연결되는 복수의 관리자 단말기(700)를 포함할 수 있다.
온도 센서 모듈(300), 게이트웨이(400) 및 서버(500)는 IoT(Internet of Things, 사물 인터넷, 사물에 센서를 부착해 실시간으로 데이터를 인터넷으로 주고받는 기술이나 환경) 기반의 장비들로, 온도 센서 모듈(300)과 게이트웨이(400)는 무선 통신으로, 게이트웨이(400)와 서버(500)는 유선 통신으로 서로 통신할 수 있다.
밸브(110)에 인접한 배관(100)의 외측에 보온재(200)를 설치할 때 복수의 온도 센서 모듈(300)을 배관(100)에 먼저 설치한 후 보온재(200)를 덧씌우게 된다(도 5 참조). 통신이나 열 방출을 위해 온도 센서 모듈(300)은 보온재(200) 외부로 일부가 노출될 수도 있다.
온도 센서 모듈(300)은 저전력에서 구동이 가능한 지그비(Zigbee) 통신 방식으로 게이트웨이(400)와 통신할 수 있다(이에 대해서는 후술하기로 한다).
게이트웨이(400)는 온도 센서 모듈(300)로부터 수신한 데이터를 서버(500)로 전송하는 기능을 하며, 안정적인 연결을 위해 서버(500)와 유선 통신으로 통신할 수 있다.
서버(500)는 게이트웨이(400)로부터 전송받은 데이터를 저장하고 인트라넷(FA, OA LAN 등의 Plant Local Network)으로 연결된 제어실의 제어장치(600)로 데이터를 전달한다. 서버(500)는 제어장치(600)에서 관리할 수 있는 형태로 데이터를 가공해 전달할 수 있다.
제어장치(600)는 배관 모니터링 시스템을 관리하는 관리자가 사용하는 일종의 단말기로, 배관 모니터링 시스템을 위한 전용 프로그램이 설치된 컴퓨터일 수 있다. 서버(500)에서 제공되는 데이터는 전용 프로그램 상에서 제공되는 특정 메뉴를 선택하면 접근이 가능하다.
또한, 게이트웨이(400)에서 전송되는 데이터는 서버(500)를 통하지 않고 인트라넷을 통해 바로 관리자의 휴대용 단말기(이하 관리자 단말기, 700)로 전송될 수 있다. 관리자 단말기(700)에는 제어장치(600)와 동일하거나 휴대용 단말기에 적합한 형태로 제공되는 배관 모니터링 시스템을 위한 전용 프로그램이 설치되어 있다. 관리자는 제어장치(600) 또는 관리자 단말기(700)를 통해 여러 배관(100)들의 상태를 실시간으로 모니터링하고 관리할 수 있다.
온도 센서 모듈(300)을 통해 각 위치별 배관(100)의 정상 상태에서 온도값을 모니터링 해 미리 정상 상태 배관의 온도 레퍼런스 데이터를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 레퍼런스 데이터는 서버(500)에 미리 저장될 수 있다. 온도 센서 모듈(300)에서 감지된 온도값이 레퍼런스 데이터와 상이하거나 미리 설정된 범위 이상 벗어나게 되면 전용 프로그램을 통해 알림이 발생될 수 있다. 알림은 알림음이나 메일, 문자 메시지 등의 형태로 관리자에게 전달될 수 있으며, 문제가 발생한 배관의 위치 정보 및 맵(map)이 전용 프로그램의 화면 상에 함께 제공될 수 있다.
이하에서는 온도 센서 모듈(300)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 도 2에 따른 온도 센서 모듈을 도시한 사시도이다. 도 4는 도 3에 따른 온도 센서 모듈의 센서부를 도시한 모식도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 온도 센서 모듈(300)은 열전 발전 방식으로 자가 발전이 가능하며, 센서부(302)와 장착부(304)로 구성될 수 있다.
센서부(302)는 온도차를 이용해 에너지를 획득하고 저장하는 구성과, 배관(100)의 온도를 감지하는 온도 센서와 관련된 구성과, 제어 및 통신을 위한 구성을 포함할 수 있다. 센서부(302)는 박스 형태의 케이스 내부에 장착되며, 후술할 히트 싱크(320) 등의 일부 구성은 케이스 외부에 장착될 수 있다. 센서부(302)는 에너지 관련 구성으로 열전 모듈(310), 히트 싱크(320), ESS 모듈(330), PM 모듈(340)을 포함하고, 온도 측정과 관련해 센서 기판(350)과 온도 센서(360)를 포함하며, 제어 및 통신을 위한 구성으로 MCU(370) 및 RF 모듈(380)을 포함할 수 있다.
먼저 에너지 관련 구성에 대해 설명하기로 한다.
열전 모듈(310)은 반도체 소자의 양단에 온도차이가 발생할 경우 전자의 흐름이 생겨 전기가 발생하는 열전 소자를 이용해 전기를 발생하는 모듈로, 복수의 열전 소자로 이루어진다. 열전 모듈(310)은 배관(100) 내부를 따라 유동하는 증기와 같은 고온의 유체로부터 배관으로 전달되는 폐열과, 배관(100)을 감싸는 보온재(200) 외부와의 온도차를 이용해 전기를 발생시킨다. 배관(100)에 가깝게 배치되는 열전 모듈(310)과의 온도차가 클수록 발생되는 전력이 커지므로 온도차를 최대화하기 위해 보온재(200)의 외부로 노출되는 히트 싱크(320)가 구비된다.
히트 싱크(320)는 열전 모듈(310)과 연결되며, 보온재(200)의 외부로 노출되는 복수의 방열핀(322)이 일체로 형성된다. 열전 모듈(310)을 통해 흡수된 열은 히트 싱크(320)의 방열핀(322)을 통해 보온재(200)의 외부로 방출된다. 따라서 히트 싱크(320)의 방열핀(322) 쪽이 콜드 사이드(Cold side)이고, 열전 모듈(310) 쪽이 핫 사이드(Hot side)가 된다. 열전 모듈(310)은 직접 배관(100)과 접촉되어 열을 회수할 수도 있고 장착부(304)를 통한 열 전도를 통해 열을 회수할 수도 있다.
ESS(Energy Storage System) 모듈(330)은 열전 모듈(310)에서 발생된 전기 에너지를 저장하는 저장소로, 충전식 배터리와 컨버터, 배터리의 충방전 관리를 위한 컨트롤러 등으로 구성될 수 있다. ESS 모듈(330)은 열전 모듈(310)에서 발생된 전기 에너지로 배터리를 충전해 에너지를 저장하고, 전력을 필요로 하는 온도 센서 모듈(300)의 각 구성으로 전력을 공급하는 역할을 한다. 전력 공급의 제어는 PM 모듈(340)에 의해 이루어진다.
PM(Power Management) 모듈(340)은 ESS 모듈(330)로부터 온도 센서 모듈(300)의 각 구성으로 전력을 분배하고 관리하는 역할을 한다. PM 모듈(340)에 의해 전력이 필요한 구성품들의 전력 상태(저전력 여부 등)가 체크되고, 전력 공급이 중단되지 않도록 관리된다. PM 모듈(340)은 MCU(370)와 전기적으로 연결되어 전력을 공급하고 전력 관리 상태 및 정보를 전송한다.
다음으로 온도 감지를 위한 구성에 대해 설명한다.
센서 기판(350)은 전술한 케이스 내에 구비될 수 있으며, 도면에 도시하지 않은 별도의 출력 라인을 통해 온도 센서(360)와 연결될 수 있다. 센서 기판(350)에는 온도 센서(360)의 측정값을 저장하고 관리하며 관리자가 접근할 수 있는 데이터 형태로 가공하는 기능을 하는 여러 부품들이 탑재되어 있다. 또한, 센서 기판(350)에는 ESS 모듈(330)로부터 전력을 공급받아 사용하기 위한 회로와, MCU(370)와 통신하기 위한 통신 칩 등이 탑재된다. 예를 들어, 센서 기판(350)은 온도 센서(360)로부터 감지된 배관(100)의 온도 데이터를 2초 마다 한번씩 MCU(370)로 전송할 수 있다. 그러나 필요에 따라 센서 기판(350)의 통신 기능을 이용해 게이트웨이(400) 등과 바로 통신할 수도 있다(이를 위해 전용 프로그램이 필요할 수 있다).
온도 센서(360)는 배관(100)의 온도를 측정해야 하므로 센서부(302)의 케이스 외부에 설치될 수도 있고, 장착부(304) 상에 설치될 수도 있다. 또는, 온도 센서(360)가 케이스 내부에 장착되되 배관에 최대한 가까운 부분에 장착될 수도 있다. 온도 센서(360)에서 측정된 배관(100)의 온도값은 센서 기판(350)으로 전달된다.
온도 센서(360)는 섭씨 기준, 영하 200도에서 영상 850도까지 측정이 가능한 센서이다. 안정적인 측정을 위해 일반적인 구동 온도 범위보다 넓은 온도 범위의 측정이 가능한 온도 센서(360)를 적용할 수 있다.
다음으로 제어 및 통신을 위한 구성에 대해 설명하기로 한다.
MCU(370)는 온도 센서(360) 및 센서 기판(350)의 컨트롤러와 전기적으로 연결되며, 온도 센서(360)에서 측정된 배관(100)의 온도값을 실시간으로 게이트웨이(400)로 전송한다. MCU(370)에는 통신을 위한 RF 모듈(380)이 실장될 수도 있고, 별도로 설치된 RF 모듈(380)과 전기적으로 연결될 수도 있다. MCU(370)는 RF 모듈(380)을 통해 게이트웨이(400)와 통신할 수 있다.
RF 모듈(380)은 게이트웨이(400)와 통신하기 위한 통신 칩 또는 통신 모듈로, 예를 들면, 지그비 방식으로 통신할 수 있다.
지그비(Zigbee) 통신은 근거리 통신을 지원하는 IEEE 802.15.4 표준 중 하나를 의미하며, 10~20m 내외의 근거리 통신 방식이다. 지그비 통신은 무선 LAN의 개념으로, 전력 소모를 최소화하는 대신 소량의 정보를 전달하는 통신 방식이다. 지그비 방식으로 통신하면 저전력 통신이 가능하므로 열전 모듈(310)로부터 획득되는 전력이 작아도 RF 모듈(380)의 구동이 가능하다. 따라서 각 온도 센서 모듈(300)은 지그비 통신 방식으로 게이트웨이(400)와 통신하고, 원거리 통신은 게이트웨이(400)를 통해 이루어지게 된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 장착부(304)는 센서부(302)를 지지하며, 배관(100)에 센서부(302)를 고정하는 역할을 한다. 장착부(304)는 배관(100)의 외주면 및 센서부(302)의 일측에 각각 결합되는 판상의 베이스 프레임(304a)과, 한 쌍의 베이스 프레임(304a) 사이에 배치되어 이들을 연결하는 원통형의 연결 프레임(304b)과, 센서부(302)의 일측에 결합되어 베이스 프레임(304a) 중 하나와 결합되는 판상의 서브 프레임(304c)을 포함할 수 있다. 베이스 프레임(304a)과 연결 프레임(304b), 서브 프레임(304c)은 볼트와 너트 등과 같은 체결부재에 의해 상호 결합될 수 있다. 또한, 베이스 프레임(304a) 역시 볼트와 너트 등과 같은 체결부재나 접착제, 케이블 타이 등과 같이 배관(100)을 파손하지 않는 체결부재 등 여러 형태의 체결부재에 의해 배관(100)에 결합될 수 있다. 그러나 베이스 프레임(304a)이나 연결 프레임(304b) 없이 서브 프레임(304c)이 배관(100) 상에 직결될 수도 있다. 장착부(304)의 형태가 크기 등의 구성은 보온재(200)의 두께, 온도 센서 모듈(300)의 설치 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 센서 모듈의 설치 위치 및 설치 형태에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 도 2에 따른 온도 센서 모듈의 설치 예를 도시한 종단면도이다. 도 6은 도 3에 따른 배관의 온도 센서 모듈 설치 예를 도시한 횡방향 모식도이다. 도 7은 도 3에 따른 배관용 보온재의 일 예를 나타낸 사진이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 온도 센서 모듈(300)은 밸브(110)에 인접한 배관(100) 상에 미리 설정된 간격(예를 들어, 1m 간격)으로 복수 개가 설치될 수 있다. 예를 들어, 온도 센서 모듈(300)은 24개가 설치될 수 있으며, 온도 센서 모듈(300)의 설치 개수는 배관(100)의 사이즈에 따라 달라질 수 있다. 또한, 필요에 따라 온도 센서 모듈(300)은 센서의 종류만 다른 종류로 치환하여 사용될 수도 있다.
온도 센서 모듈(300)이 미리 설정된 간격으로 복수 개가 설치되면, 배관(100)의 부위별 열 분포 데이터 베이스를 구축할 수 있다. 또한, 전용 프로그램을 통해 열 분포 구역별 시각화가 가능하므로 작업자에게 직관적인 배관 온도 분포 데이터를 제공할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 온도 센서 모듈(300)이 배관(100)에 설치된 상태에서 보온재(200)가 배관(100)을 감싸도록 설치될 수 있다. 온도 센서 모듈(300)은 보온재(200)가 완전히 감싸도록 설치될 수도 있고, 히트 싱크(320) 부위만 보온재(200)의 외부로 노출되도록 설치될 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 보온재(200)는 배관(100)의 보온이 필요한 부분에 설치되며, 설치 부위의 배관(100) 외주면을 감싸는 형태로 설치된다. 보온재(200)는 탈부착이 가능한 형태로, 4R Insulation Blanket이 사용될 수 있다.
4R이란 Reusable(재사용 가능), Resilient(탄성있는), Removable(제거 가능), Resourceful(범용적인)의 의미로, 발수성 신소재를 사용함으로써 단열성, 시공성, 내화학성 및 안정성이 우수하며, 재사용이 가능해 경제적이며 친환경적인 장점이 있다.
보온재(200)는 배관(100) 내를 이동하는 유체의 열 손실을 방지하거나 동파 방지, 고온으로부터의 작업자 사고 예방, 시설 보호 등의 목적으로 사용될 수 있다. 보온재(200)는 크기와 형태를 다양하게 변경함으로써 배관이나 플랜지 부위, 밸브, 터빈 부위 등에 모두 적용할 수 있다.
이렇게 설치된 온도 센서 모듈(300)에서 배관(100)의 온도를 측정해 배관(100)의 부위별 열 분포 데이터 베이스를 구축하고, 배관(100)의 온도를 실시간으로 모니터링해 데이터 베이스와 비교함으로써 배관(100)의 온도 이상을 실시간으로 점검할 수 있다.
따라서 배관(100)의 고장 예측이 가능해 불필요한 정비를 줄여 정비 효율을 향상시킬 수 있으며, 보온재(200)의 사용으로 열손실을 극소화하고, 배관(100)이나 온도 센서 모듈(300)을 안정적으로 운전할 수 있다.
또한, 온도 센서 모듈(300)이 열전 발전 방식으로 자가 발전하고 통신이 가능하므로 별도의 전력 공급라인 및 통신 라인을 구축하지 않아도 배관(100)의 온도를 실시간 모니터링할 수 있어 배관의 건전성을 확보할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 배관 110: 밸브
200: 보온재 300: 온도 센서 모듈
302: 센서부 304: 장착부
310: 열전 모듈 320: 히트 싱크
330: ESS 모듈 340: PM 모듈
350: 센서 기판 360: 온도 센서
370: MCU 380: RF 모듈
400: 게이트웨이 500: 서버
600: 제어장치 700: 관리자 단말기

Claims (9)

  1. 배관의 외주면 상에 설치되며, 배관에서 방출되는 열을 회수해 전력을 생산하는 열전 발전 방식으로 구동되는 복수의 센서 모듈;
    상기 복수의 센서 모듈과 통신하여 상기 복수의 센서 모듈로부터 전송된 데이터를 저장 및 관리하는 서버; 및
    상기 서버로부터 상기 데이터를 전달받아 상기 배관의 상태를 실시간으로 모니터링하는 적어도 하나의 제어장치 또는 적어도 하나의 관리자 단말기를 포함하고,
    상기 센서 모듈과 근거리 무선 통신 방식으로 통신하고, 상기 서버와 유선 통신하여 상기 데이터를 상기 서버로 전송하는 게이트웨이를 더 포함하고,
    상기 센서 모듈은
    상기 배관으로부터 열을 회수해 전력을 발생하는 열전 모듈, 상기 열전 모듈로부터 회수된 열을 방출하는 히트 싱크, 상기 열전 모듈과 연결되어 상기 열전 모듈에서 발생된 전력을 저장하는 ESS(Energy Storage System) 모듈, 상기 ESS 모듈에 저장된 전력을 분배하는 PM(Power Management) 모듈, 상기 배관의 상태를 감지하는 적어도 하나의 센서, 상기 센서로부터 감지된 감지값을 수신하는 MCU 모듈, 상기 MCU 모듈의 제어에 따라 상기 게이트웨이와 통신하는 RF 모듈을 포함하는 센서부와 상기 배관에 결합되는 장착부를 구비하며,
    상기 배관에 상기 센서 모듈이 장착된 상태에서 상기 배관의 외주면을 감싸도록 보온재가 설치되고,
    상기 센서 모듈은 상기 배관의 밸브에 인접하여 설치되며,
    상기 장착부는 상기 배관의 외주면 및 상기 센서부의 일측에 각각 결합되는 판상의 베이스 프레임과, 한 쌍의 상기 베이스 프레임 사이에 배치되어 한 쌍의 상기 베이스 프레임을 서로 연결하는 원통형의 연결 프레임과, 상기 센서부의 일측에 결합되어 상기 베이스 프레임 중 하나와 결합되는 판상의 서브 프레임을 포함하고,
    상기 센서 모듈은 섭씨 영하 200도에서 영상 850도 범위를 측정하는 온도 센서를 포함하는 온도 센서 모듈이고,
    상기 온도 센서 모듈은 상기 배관에 미리 설정된 간격으로 복수 개가 설치되며, 상기 온도 센서 모듈을 통해 각 위치별 상기 배관의 정상 상태에서 온도값을 모니터링 해 정상 상태 배관의 온도 레퍼런스 데이터를 생성해 상기 서버에 미리 저장하고, 상기 온도 센서 모듈에서 감지된 온도값이 상기 레퍼런스 데이터와 상이하거나 미리 설정된 범위 이상 벗어나면 전용 프로그램을 통해 알림이 발생되며,
    상기 서버에는 상기 배관의 부위별 열 분포 데이터 베이스가 구축되고 상기 전용 프로그램을 통해 열 분포 구역별 시각화를 한 배관 온도 분포 데이터가 제공되는 것을 특징으로 하고,
    상기 센서 모듈 중 상기 배관에 장착되는 상기 베이스 프레임과 상기 연결 프레임은 상기 보온재의 내측에 위치하여 상기 보온재에 둘러 싸이고, 상기 센서부는 상기 보온재의 외측에 위치하는,
    배관 모니터링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 모듈과 근거리 무선 통신 방식으로 통신하고, 상기 서버와 유선 통신하여 상기 데이터를 상기 서버로 전송하는 게이트웨이를 더 포함하는 배관 모니터링 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 근거리 무선 통신 방식은 지그비(Zigbee) 방식인 배관 모니터링 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 제어장치 또는 관리자 단말기와 인트라넷으로 통신하는 배관 모니터링 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서, 이산화탄소 센서, 암모니아 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배관 모니터링 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은 상기 배관에 결합되는 적어도 하나의 프레임을 갖는 장착부를 더 포함하는 배관 모니터링 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은 상기 배관의 밸브에 인접하여 설치되는 배관 모니터링 시스템.
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