KR102461931B1 - 인쇄기판형 열교환기 건전성검사 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

적어도 하나의 프로세스에 의해 동작하는 컴퓨팅 장치가 인쇄기판형 열교환기의 건전성검사하는 방법으로서, 인쇄기판형 열교환기가 가동 전이거나 가동 중인 상황에서 송수신 초음파 검사에 기초하여 초음파 탐상 기기로부터 실시간 스캐닝되는 신호를 수신하는 단계, 수신 신호에 대해 스캐닝 거리에 대한 진폭 변화 분포도를 측정하는 단계, 그리고 스캐닝되는 위치가 인쇄기판형 열교환기의 유로 채널이 교차하여 지나가는 중심부인 경우, 진폭 변화 분포도가 송신 초음파 탐촉자의 기준축에서 대칭인지 여부를 확인한 후, 비대칭인 경우 상기 인쇄기판형 열교환기의 결함을 추정하는 단계를 포함한다.

Description

인쇄기판형 열교환기 건전성검사 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR INTEGRITY INSPECTION OF PRINTED CIRCUIT HEAT EXCHANGER}
인쇄기판형 열교환기 건전성검사에 관한 것이다.
인쇄기판형 열교환기(Printed Circuit Heat Exchanger; PCHE)는 광화학적 식각을 통해 제작된 미세유로를 적용하여 단위체적당 전열면적을 극대화할 수 있으므로 고효율화가 가능하고 우수한 내압성능에 대한 사양으로 설계 및 제작이 가능하다.
이처럼 인쇄기판형 열교환기는 기존 원통다관형 열교환기에 비하여 체적이 약 1/20 정도에 불과하고 열교환 성능이 매우 우수하여 중화학 플랜트나 발전소 및 태양발전, 연료전지 등의 신재생 에너지 분야의 핵심 열교환 기기로 사용되고 있으며 일반 산업계뿐만 아니라 초임계 이산화탄소 발전소, 초고온가스로의 중간열 교환기, 수소스테이션의 냉각 장치 등에 적용될 수 있다.
다만, 원전의 인쇄기판형 증기 발생기(Printed Circuit Steam Generator; PCSG)로 인쇄기판형 열교환기를 적용하기 위해서는 고온·고압 조건에서 인쇄기판형 증기발생기의 구조 건전성과 기기 신뢰성 및 안전성을 확보해야 한다.
하지만 인쇄기판형 열교환기에서 유로채널이 지나가는 중심부 및 천공된 측판과 엔드 플레이트 부분은 미세유로들의 복잡한 구조를 가지며 여러 층으로 겹겹이 적층되어 있어 유로층 사이에 존재할 수 있는 박리 결함과 관통결함 등에 대한 체적검사(Volumetric Inspection)를 수행하는데 어려움이 있다.
상세하게는 체적검사에는 방사능 투과 검사와 초음파 검사를 적용할 수 있는데, 다층 유로 채널의 초음파 난반사로 인해 결함이 존재하더라도 유로에 의한 초음파 산란신호와 결함에 의한 초음파 신호를 구분하기 어렵다.
그러므로 원전에 적용하기 위한 인쇄기판형 열교환기의 건전성을 정밀하게 검사할 수 있는 비파괴 검사와 가동중검사(In-Service Inspection; ISI) 기술이 필요하다.
관련 선행문헌으로 한국등록특허 1,565,436호는 "열교환기 및 이를 구비하는 원전"을 개시한다.
한국등록특허 1,565,436
본 발명의 한 실시예는 송수신 탐촉자의 선형 스캐닝을 통해 인쇄기판형 열교환기에서 측정되는 수신 신호의 진폭 변화 분포도를 측정하여 확산 접합부의 결함을 탐지하는 인쇄기판형 열교환기 건전성검사 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 적어도 하나의 프로세스에 의해 동작하는 컴퓨팅 장치가 인쇄기판형 열교환기의 건전성검사하는 방법으로서, 인쇄기판형 열교환기가 가동 전이거나 가동 중인 상황에서 송수신 초음파 검사에 기초하여 초음파 탐상 기기로부터 실시간 스캐닝되는 신호를 수신하는 단계, 수신 신호에 대해 스캐닝 거리에 대한 진폭 변화 분포도를 측정하는 단계, 그리고 스캐닝되는 위치가 인쇄기판형 열교환기의 유로 채널이 교차하여 지나가는 중심부인 경우, 진폭 변화 분포도가 송신 초음파 탐촉자의 기준축에서 대칭인지 여부를 확인한 후, 비대칭인 경우 상기 인쇄기판형 열교환기의 결함을 추정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 컴퓨팅 장치는 통신 장치, 메모리, 그리고 상기 메모리에 로드된 프로그램의 명령들(instructions)을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 프로그램은 인쇄기판형 열교환기를 검사한 신호를 수집하여, 수집한 신호에 저장된 스캐닝 거리 정보에 따른 진폭 변화 분포도를 측정하고, 스캐닝되는 위치가 인쇄기판형 열교환기의 유로 채널이 교차하여 지나가는 중심부인 경우, 진폭 변화 분포도가 송신 초음파 탐촉자의 기준점에서 대칭인지 여부를 확인한 후, 상기 진폭 변화 분포도가 변화하거나 비대칭 분포를 보이는 경우, 인쇄기판형 열교환기의 결함을 추정한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 인쇄기판형 열교환기의 중심부의 진폭 변화 분포도의 피크 지점의 변화에 기초하여 결함의 위치 및 결함 정도를 추정할 수 있어 인쇄기판형 열교환기의 정밀한 비파괴 검사가 가능하다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 인쇄기판형 열교환기의 비파괴 검사를 수행함에 있어, 가동 전 및 가동 중 박리 결함과 관통결함 등에 검사가 가능하므로 원전 시설에 적용하는데, 필요한 안전성을 검증할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 복잡한 내부 형상이나, 다중 산란체에 의한 반사신호가 발생하는 구조물에 대해서도 구조 손상 또는 결함을 정확하게 검사할 수 있다.
도 1은 인쇄기판형 열교환기를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기 건전성검사 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기 건전성검사 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 도3의 S310단계를 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 저주파수에서의 건전성검사를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 고주파수에서의 건전성검사를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 제어 알고리즘을 나타낸 예시도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에서 설명하는 장치들은 적어도 하나의 프로세서, 메모리 장치, 통신 장치 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다. 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다. 프로그램은 도면들을 참고로 설명한 본 발명의 동작 방법을 구현한 명령어(instructions)를 포함하고, 프로세서와 메모리 장치 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 실행한다.
본 명세서에서 "전송 또는 제공"은 직접적인 전송 또는 제공하는 것뿐만 아니라 다른 장치를 통해 또는 우회 경로를 이용하여 간접적으로 전송 또는 제공도 포함할 수 있다.
본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
도 1은 인쇄기판형 열교환기를 나타낸 예시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 인쇄기판형 열교환기(100)는 중심부(110)와 중심부 이외의 영역(120)으로 구분할 수 있다.
인쇄기판형 열교환기(100)의 중심부(110)와 중심부 이외의 영역(120)은 대칭적인 구조의 여부에 따라 구분할 수 있다.
상세하게는 중심부(110)는 좌우로 대칭적인 구조로 형성된 미세 유로의 주기적 배열되어 있으나 중심부 이외의 영역(120)에 대해서는 중심부(110)와 같은 대칭적인 구조를 가지고 있지 않다.
중심부(110)는 금속 판재를 적층한 후, 융용시키지 않은 상태에서 이중 금속을 투입하지 않고 원자간의 확산을 통해 접합시키는 방법인 확산 접합으로 생성한다.
이에 따라 중심부(110)에서는 다중 적층된 다층판에 수직으로 초음파를 입사시키면 대칭적인 다중 초음파 산란체로서 작용하게 되어 중심부(110)의 초음파 산란 음장은 초음파 입사파의 축을 중심으로 대칭적인 분포를 가지게 된다.
한편, 도 1에 도시한 인쇄기판형 열교환기(100)는 교차 흐름(cross flow)과 역 흐름(counter flow) 형상을 모두 가지고 있는 교차-역 흐름(cross-counter flow)의 형상을 나타내며, 내부 미세 유로가 반원형으로 도시하였지만, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 인쇄기판형 열교환기(100)의 스트림, 유로 형상은 적용되는 상황과 기기에 따라 용이하게 변경 및 설계 가능하다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기 건전성검사 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 건전성검사 시스템은 인쇄기판형 열교환기(100), 초음파 탐상 기기(200), 그리고 컴퓨팅 장치(300)를 포함한다.
초음파 탐상 기기(200)는 인쇄기판형 열교환기(100)에 부착되어 초음파를 송수신하는 탐촉자(210, 220), 수신 탐촉자(220)의 선형 스캐닝을 수행하기 위한 모터/엔코더(230, Motor/Encoder), 모터/엔코더(230)의 동력을 제어하는 모터 드라이브(240, Motor Driver), 송신 탐촉자(210)에 초음파 신호를 인가하고 수신 탐촉자(220)로부터 초음파 신호를 수신하는 송수신기(250, Pulser/Receiver) 그리고 송수신기(250)로부터 수신한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 신호 변환기(260, A/D Board)를 포함한다.
초음파 탐상 기기(200)는 인쇄기판형 열교환기(100)를 운전하기 전에 수행되는 가동전 검사 (Pre-Service Inspection; PSI)와 가동중 검사 등을 수행할 수 있으며, 주기적인 점검 기간에 인쇄기판형 열교환기(100)에 대해서 건전성검사를 수행할 수 있다.
송신 탐촉자(210)는 인쇄기판형 열교환기(100)의 일면에 설치하고, 수신 탐촉자(220)는 송신 탐촉자(210)와 마주보는 해당 인쇄기판형 열교환기(100) 타면에 위치시킨다.
이때, 송신 탐촉자(210)는 인쇄기판형 열교환기(100)의 일면 중앙 부분에 고정되도록 설치할 수 있고, 수신 탐촉자(220)는 미리 설정된 선형에 따라 일정한 간격과 속도로 이동하면서 송신 탐촉자(210)에서 송출되는 신호를 수신할 수 있다.
여기서, 수신 탐촉자(220)를 안정적으로 이동시키기 위해 스캐너 프레임(A)을 더 구비할 수 있다. 스캐너 프레임(A)은 인쇄기판형 열교환기(100)를 포함하는 너비로 지지대가 형성되고, 형성된 지지대 상단을 연결하는 라인에 레일이 설치되어 해당 레일에 수신 탐촉자(220)를 연결할 수 있다.
여기서, 지지대 상단을 연결하는 라인은 특정한 방향의 라인을 나타내는 것은 아니며, 지지대 상단 상에서 가로, 세로 또는 대각선 등과 같은 다양한 방향을 포함한다.
그리고 모터/엔코더(230)에 의해 해당 레일에 연결된 수신 탐촉자(220)가 일정한 간격과 속도로 이동할 수 있다. 이러한 모터/엔코더(230)의 동력을 제어하는 모터 드라이버(240)는 컴퓨팅 장치(300)와의 통신을 통해 제어 신호를 전달받아 모터/엔코더(230)에 전달할 수 있다.
한편, 송수신기(250)는 송신 탐촉자(210)에 일정한 수직 종파를 입사시키고, 수신 탐촉자(220)가 송신 탐촉자(210)를 중심으로 좌우로 선형 스캐닝하여 수신한 신호를 수집한다.
여기서, 송수신기(250)는 송신 탐촉자(210)에 입사시키고자 하는 수직 종파의 주파수를 제어할 수 있으며, 이러한 주파수 제어는 송수신기(250)의 외부 디스플레이를 통해 관리자에 의해 입력받거나 컴퓨팅 장치(300)를 통해 입력받을 수 있다.
그리고 송수신기(250)에서 수신한 신호는 아날로그/ 디지털 신호 변환기(260)를 통해 디지털 신호로 변환하여 컴퓨팅 장치(300)에 전송한다.
이때, 송수신기(250)는 수신 신호를 전송함과 동시에 송신 탐촉자(210)의 위치 좌표에 기초한 위치 정보, 스캐닝 거리 정보, 인쇄기판형 열교환기(100)의 스캐닝 라인 정보 등을 전송하거나 수신 신호를 전송하기 이전에 해당 정보들을 공유할 수 있다.
이처럼 초음파 탐상 기기(200)는 인쇄기판형 열교환기(100)에 송수신 탐촉자(210, 220)를 통해 입사된 수직 종파를 수신하여 컴퓨팅 장치(300)에 전송한다.
그러면 컴퓨팅 장치(300)는 초음파 탐상 기기(200)와 유선 또는 무선 네트워크로 연결되어 데이터를 송수신하며, 초음파 탐상 기기(200)로부터 수신한 데이터들을 분석하여 해당 인쇄기판형 열교환기(100)의 결함 여부를 판단한다.
이하에서는 결함과 손상은 동일한 의미로 사용되고 있으며, 모두 결함으로 명칭을 통일하여 명명한다.
컴퓨팅 장치(300)는 송신 탐촉자(210)를 중심으로 스캐닝한 거리에 따른 수신 탐촉자(220)의 수신 신호에 대한 진폭 변화 분포도를 산출한다.
앞서 도 1에서 설명한 바와 같이, 인쇄기판형 열교환기(100)의 중심부(110)에서는 결함이 없는 건전한 경우에는 대칭적인 분포를 가지나 결함이 있으면 결함 부위로 인한 불규칙 초음파 산란으로 대칭적인 분포가 사라진다.
그러므로 컴퓨팅 장치(300)는 송신 탐촉자(210)의 기준축을 기준으로 진폭 변화 분포도의 좌우 적분값을 산출하고, 산출된 좌우 적분값을 비교하여 대칭성 변화 정도를 정량적으로 측정할 수 있다.
상세하게는 컴퓨팅 장치(300)는 저주파수의 경우 진폭 변화 분포도는 가우시안 분포를 가지며 분포도의 중심축이 송신 탐촉자(210)의 위치 기준축에서 이동한 경우, 이동한 방향의 반대편에 결함이 위치한다고 추정할 수 있다.
그리고 컴퓨팅 장치(300)는 고주파수의 경우 진폭 변화 분포도는 저주파수와는 다르게 유로에 의한 초음파 산란 현상으로 여러 피크가 나타나고 대칭적인 분포도를 보이고 있다. 송신 탐촉자(210)의 위치 기준축을 중심으로 좌측 진폭 변화 분포도의 피크 위치와 우측 진폭 변화 분포도의 피크 위치를 비교하여 대칭적인 분포를 갖는 지를 평가할 수 있으며 피크 위치가 변화하거나 피크가 사라지면 결함이 존재한다고 평가할 수 있다.
이처럼 컴퓨팅 장치(300)는 동일한 인쇄기판형 열교환기(100)에 대해서 선형 라인을 변경하거나 주파수를 변경하여 반복적인 검사를 통해 수신한 신호들을 저장한다. 그리고 컴퓨팅 장치(300)는 해당 검사가 완료되면, 선형 라인마다 추정된 결함 여부, 결함 위치, 결함 정도 등을 기초로 해당 인쇄기판형 열교환기(100)의 결함을 판정할 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 연동되는 데이터베이스(DB)에 가동전 검사 (Pre-Service Inspection; PSI), 가동중 검사 여부, 건전성검사를 수행하는 검사 시간, 선형 라인마다 측정된 신호, 주파수 별로 측정된 신호, 산출된 진폭 변화 분포도, 해당 라인, 주파수마다 추정된 결함 유무, 위치, 크기 등을 각 인쇄기판형 열교환기(100)의 고유ID에 연결하여 저장할 수 있다.
그리고 컴퓨팅 장치(300)는 가동전 검사(PSI)에서 얻어진 진폭 변화 분포도를 기준으로 가동중 검사(ISI)에서 산출된 진폭 변화 분포도의 변화 정도를 측정하여 손상 여부를 탐지할 수 있다.
상세하게는 컴퓨팅 장치(300)는 임계 범위 이상으로 저장된 진폭 변화 분포도와 산출된 진폭 변화 분포도간에 변화 정도를 가지면, 해당 영역에 손상이 있다고 추정할 수 있다. 여기서, 임계 범위는 주파수별, 검사하는 위치, 검사 장비, 검사 위치 등에 기초하여 각각 개별적으로 설정될 수 있다.
그리고 진폭 변화 분포도의 변화 정도는 진폭 변화 분포도를 형성하는 기점들의 위치 변화를 기준으로 변화 정도를 확인하거나 진폭 변화 분포도의 피크점들의 위치 변화를 기준으로 변화 정도를 확인할 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 검사를 진행 중인 초음파 탐상 기기(200)와 실시간으로 연계하여 수집되는 신호에 기초하여 인쇄기판형 열교환기(100)의 결함 여부를 추정할 수 있다. 이외에도 컴퓨팅 장치(300)는 초음파 탐상 기기(200)를 통해 수신된 검사데이터들이 저장된 데이터베이스에 연계되어 해당 데이터베이스에서 검사 데이터들을 수집하여 진폭 변화 분포도를 산출하고 인쇄기판형 열교환기(100)의 결함 여부를 추정할 수 있다.
그리고 컴퓨팅 장치(300)는 본 발명을 수행하도록 작성된 소프트웨어 프로그램을 실행할 수 있는 장치이면 충분하고, 예를 들면, 서버, 랩탑 컴퓨터 등일 수 있다.
이하에서는 인쇄기판형 열교환기(100)의 중심부(110)에 대해 건전성검사를 수행함에 있어서, 컴퓨팅 장치(300)가 결함 추정 및 판정하는 과정에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 인쇄기판형 열교환기 건전성검사 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 도3의 S310단계를 나타낸 순서도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 인쇄기판형 열교환기의 일측에 송신 탐촉자와 타측에 수신탐촉자가 배치되어 송신 탐촉자로부터 입사되는 신호를 수신 탐촉자가 선형 스캐닝하여 수신한 신호를 수집한다(S110).
여기서, 송신 탐촉자(210)와 수신 탐촉자(220)는 한쌍으로 인쇄기판형 열교환기의 중심부(110) 일면에 고정되어 설정된 크기의 초음파를 수직으로 입사시키면, 수신 탐촉자(220)는 일방향으로 이동하면서 선형 스캐닝하여 인쇄기판형 열교환기의 중심부(110) 내부에서 반사되는 신호를 수신한다.
여기서, 설정된 크기의 초음파, 일방향으로 이동하는 선형 라인 등은 추후에 용이하게 변경 및 설계 가능하다.
다음으로 컴퓨팅 장치(300)는 수집한 수신 신호에 대해 스캐닝 거리에 대한 진폭 변화 분포도를 측정한다(S120).
컴퓨팅 장치(300)는 송신 탐촉자(210)를 중심으로 일방향으로 선형 스캐닝(linear scanning)한 수신 신호에 대해 스캐닝 거리에 따른 수신 신호의 진폭 변화 분포도를 측정한다.
그리고 컴퓨팅 장치(300)는 진폭 변화 분포도에 기초하여 인쇄기판형 열교환기의 결함 여부 추정한다(S130).
컴퓨팅 장치(300)는 인쇄기판형 열교환기(100)의 중심부(110)의 대칭성을 기준으로 결함 여부를 추정한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 컴퓨팅 장치(300)는 진폭 변화 분포도에 기초하여 대칭성 여부를 확인한다(S131).
컴퓨팅 장치(300)는 송신 탐촉자(210)의 위치 기준축(Position)에 대해 진폭 변화 분포도가 대칭되는 지 확인한다.
이때, 컴퓨팅 장치(300)는 송신 탐촉자(210)의 기준축을 기준으로 진폭 변화 분포도의 좌측 적분값과 우측 적분값을 각각 산출하고, 산출된 좌우 적분값들을 비교하여 대칭성 변화 정도를 정량적으로 측정할 수 있다.
이때, 대칭성의 변화 정도가 해당 주파수에 대응하여 임계 범위 이내이면 대칭성을 가진다고 추정할 수 있다.
예를 들어, 컴퓨팅 장치(300)는 저주파수로 검사를 진행할 경우, 저주파수 임계 범위와 비교하고, 고주파수로 검사를 진행할 경우, 고주파수 임계 범위와 비교한다. 이러한 임계 범위는 동일하다고 판단 가능한 오차 범위를 의미하며, 추후에 관리자에 의해 용이하게 변경 및 설정가능하다.
다음으로 컴퓨팅 장치(300)는 대칭성 여부가 확인되면, 축의 위치가 이동되었는지 확인한다(S132).
컴퓨팅 장치(300)는 대칭성 변화 정도가 임계 범위 이내에 있다고 하더라도 축의 이동 변화가 있었는지 확인할 수 있다.
그리고 컴퓨팅 장치(300)는 축의 위치가 이동되지 않으면, 해당 라인에서 결함이 없는 것으로 추정하고 저장한다(S133).
컴퓨팅 장치(300)는 결함이 없는 것으로 추정되면, 추정된 결과를 저장하고 다음 S140 단계로 진행한다.
반면, 컴퓨팅 장치(300)는 중심 축의 위치가 이동된 것으로 확인되면 축 이동 방향의 반대 영역을 결함 위치로 추정하고 저장한다(S134).
컴퓨팅 장치(300)는 피크점의 위치를 추출하고, 피크점의 위치가 송신 탐촉자(210)의 기준축 상에 위치하지 않는 경우, 결함이 발생한 것으로 추정할 수 있다.
이때, 컴퓨팅 장치(300)는 피크점의 위치가 동일한 인쇄기판형 열교환기(100)의 중심부(110) 위치에 기초하여 이전 시점에서 검사한 결과 데이터와 비교하여, 피크점의 위치가 변화함을 확인할 수도 있다.
이처럼, 진폭 변화 분포도에서 대칭성이 유지가 되었으나, 중심축의 위치(피크점의 위치)가 기준축에서 벗어난 경우, 컴퓨팅 장치(300)는 인쇄기판형 열교환기(100)에 결함이 생겼다고 추정하며, 결함의 위치는 기준축에서 중심축 이동 위치만큼 기준축의 반대 영역의 위치로 추정 가능하다.
한편, 컴퓨팅 장치(300)는 비대칭으로 확인되면 진폭 변화 분포도에서 피크점을 추출한다(S135).
그리고 송신 탐촉자(210)의 기준축을 기준으로 좌측 진폭 변화 분포도의 피크점 위치들과 우측 진폭 변화 분포도의 피크점 위치들을 서로 매칭하여 비교한다.
컴퓨팅 장치(300)는 피크점에 변화를 추정하여 변화가 큰 지점을 결함 위치로 추정하고 저장한다(S136).
이때, 매칭된 양쪽의 피크점 위치들의 차이가 가장 큰 지점에 기초하여 해당 지점에서 결함이 위치하는 것으로 추정할 수 있다.
또한, 컴퓨팅 장치(300)는 해당 변화가 크면 클수록 결함의 정도가 비례하여 크다고 추정할 수 있다.
이때, 추정 가능한 결함의 정도는 미리 설정된 결함 임계 범위에 기초하여 추정가능하며, 결함 임계 범위는 추후에 관리자에 의해 용이하게 변경 및 설정가능하다.
다음으로 컴퓨팅 장치(300)는 인쇄기판형 열교환기의 모든 라인에 대한 스캐닝 완료하였는지 확인한다(S140).
컴퓨팅 장치(300)는 초음파 탐상 기기(200)와의 통신을 통해 건전성검사를 수행하기 전에 설정된 스캐닝 라인에 대해서 모두 완료하였는지 확인할 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 스캐닝을 수행할 라인이 남아 있는 경우, 송수신 진동자의 선형 라인을 변경(S150)을 요청하고. 송수신 진동자의 선형 라인이 변경되면, 다시 S110 단계로 회귀하여 설정된 스캐닝 라인을 모두 완료할 때까지 반복한다.
그리고 컴퓨팅 장치(300)는 모든 라인에 대해 스캐닝을 수행한 경우, 라인마다 추정되어 저장된 결함의 위치, 결함의 정도를 종합하여 인쇄기판형 열교환기(100)의 결함을 판단한다(S160).
컴퓨팅 장치(300)는 해당 인쇄기판형 열교환기(100)에 대해 추정된 결과를 종합하여 최종적으로 인쇄기판형 열교환기(100)의 결함을 판단한다.
한편, 컴퓨팅 장치(300)는 모든 라인 이외에도 주파수를 조절하여 인쇄기판형 열교환기(100)의 검사를 수행할 수 있다.
예를 들어, 인쇄기판형 열교환기(100)의 유로 채널의 크기에 기초하여 설정된 공진 주파수 보다 낮은 하나 이상의 저주파수와 공진 주파수 보다 높은 하나 이상의 고주파수를 이용하여 각각 설정된 라인에 대해 스캐닝을 수행한 후, 최종적으로 추정된 결과를 종합하여 인쇄기판형 열교환기(100)의 결함을 판단할 수 있다.
이외에도 컴퓨팅 장치(300)는 인쇄기판형 열교환기(100)의 영역들의 진폭 변화 분포도에 대해서 가동전 검사 결과 데이터의 진폭 변화 분포도에 기초하여 가동중 검사 결과 데이터에서 얻어진 진폭 변화 분포도의 변화 정도를 산출할 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 동일한 인쇄기판형 열교환기(100)의 영역에 대해서, 이전 시점에서의 결과 데이터들 중에서 하나의 진폭 변화 분포도와 현재 시점에서 산출된 진폭 변화 분포도를 비교하여 변화 정도를 확인하여 손상 여부, 결함 여부를 추정할 수 있다.
이하에서는 도 5 및 6을 이용하여 저주파수 또는 고주파수에서의 건전성검사를 통해 결함 위치를 추정하는 구성에 대해서 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 저주파수에서의 건전성검사를 나타낸 예시도이다.
도 5의 (a)는 건전성검사 대상인 인쇄기판형 열교환기의 단면도이며 (b)는 (a)을 저주파수로 측정한 진폭 변화 분포도를 나타내고 (c) 건전성검사 대상인 인쇄기판형 열교환기의 단면도이며, (d)는 (c)을 저주파수로 측정한 진폭 변화 분포도를 나타낸다.
저주파수의 초음파인 경우에는 진폭 변화 분포도가 상대적으로 부드러운 가우시안 분포를 나타낸다.
도 5의 (a)는 건전한 상태의 인쇄기판형 열교환기(100)의 단면도로, 해당 진폭 변화 분포도(b)는 송신 탐촉자(210)의 위치 기준축(Position)을 기점으로 저주파수 임계 범위 이내로 대칭하게 나타난다.
한편, (c)과 같이 일부 결함(Delamination)을 가지는 인쇄기판형 열교환기(100)의 진폭 변화 분포도(d)는 일정 부분 대칭성을 가지고 있지만, 송신 탐촉자(210)의 위치 기준축(Position)과 진폭 변화 분포도의 중심축이 달라지는 것을 확인할 수 있다.
이때, 컴퓨팅 장치(300)는 진폭 변화 분포도의 중심축의 이동 방향에 기초하여 기준축에서 진폭 변화 분포도의 중심축의 이동 위치의 반대 방향 영역에서의 반대 위치에 결함이 있는 것으로 추정가능하다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 고주파수에서의 건전성검사를 나타낸 예시도이다.
고주파수의 초음파인 경우에는 진폭 변화 분포도가 저주파수와는 달리 많은 피크점을 가지는 분포를 나타낸다.
도 6의 (a)는 건전성검사 대상인 인쇄기판형 열교환기(100)의 단면도이며 (b)는 (a)을 고주파수로 측정한 진폭 변화 분포도를 나타내고 (c) 건전성검사 대상인 인쇄기판형 열교환기(100)의 단면도이며, (d)는 (c)을 고주파수로 측정한 진폭 변화 분포도를 나타낸다.
도 6의 (a)는 건전한 상태의 인쇄기판형 열교환기(100)의 단면도로, 해당 진폭 변화 분포도(b)는 송신 탐촉자(210)의 위치 기준축(Position)을 기점으로 고주파수 임계 범위 이내로 대칭하게 나타난다.
반면에 (c)와 같이 일부 결함(Delamination)을 가지는 인쇄기판형 열교환기(100)의 진폭 변화 분포도(d)는 비대칭성으로 나타난다.
이때, 컴퓨팅 장치(300)는 송신 탐촉자(210)의 위치 기준축(Position)을 기준으로 좌측 진폭 변화 분포도와 우측 진폭 변화 분포도에서 피크점을 추출한다.
그리고 좌측 진폭 변화 분포도와 우측 진폭 변화 분포도에서의 피크점들의 위치가 매우 크게 차이가 나는 부분에서 결함의 위치, 결함의 정도 등을 추정할 수 있다.
이처럼, 컴퓨팅 장치(300)는 저주파수 건전성검사에서 결함의 위치에 대해서 좌우 영역 중에 위치하는 영역을 추정하고, 고주파수 건전성검사에서 결함의 정확한 위치와 차이값에 비례하여 결함 정도 등을 추정할 수 있다.
이후에 반복적인 검사 결과에 기초하여 컴퓨팅 장치(300)는 인쇄기판형 열교환기(100)의 결함을 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 제어 알고리즘을 나타낸 예시도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 컴퓨팅 장치(400)의 하드웨어는 적어도 하나의 프로세서(410), 메모리(420), 스토리지(430), 통신 인터페이스(440)를 포함할 수 있고, 버스를 통해 연결될 수 있다. 이외에도 입력 장치 및 출력 장치 등의 하드웨어가 포함될 수 있다. 컴퓨팅 장치(400)는 프로그램을 구동할 수 있는 운영 체제를 비롯한 각종 소프트웨어가 탑재될 수 있다.
프로세서(410)는 컴퓨팅 장치(400)의 동작을 제어하는 장치로서, 프로그램에 포함된 명령들을 처리하는 다양한 형태의 프로세서(410)일 수 있고, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 등 일 수 있다. 메모리(320)는 본 발명의 동작을 실행하도록 기술된 명령들이 프로세서(410)에 의해 처리되도록 해당 프로그램을 로드한다. 메모리(420)는 예를 들면, ROM(read only memory), RAM(random access memory) 등 일 수 있다. 스토리지(430)는 본 발명의 동작을 실행하는데 요구되는 각종 데이터, 프로그램 등을 저장한다. 통신 인터페이스(440)는 유/무선 통신 모듈일 수 있다.
본 발명에 따르면, 인쇄기판형 열교환기의 중심부의 진폭 변화 분포도의 피크 지점의 변화에 기초하여 결함의 위치 및 결함 정도를 추정할 수 있어 인쇄기판형 열교환기의 정밀한 비파괴 검사가 가능하다.
본 발명에 따르면, 인쇄기판형 열교환기의 비파괴 검사를 수행함에 있어, 가동 전 및 가동 중 박리 결함과 관통결함 등에 검사가 가능하므로 원전 시설에 적용하는데, 필요한 안전성을 검증할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 프로세스에 의해 동작하는 컴퓨팅 장치가 인쇄기판형 열교환기의 건전성검사하는 방법으로서,
    인쇄기판형 열교환기가 가동 전이거나 가동 중인 상황에서 송수신 초음파 검사에 기초하여 초음파 탐상 기기로부터 실시간 스캐닝되는 신호를 수신하는 단계,
    수신 신호에 대해 스캐닝 거리에 대한 진폭 변화 분포도를 측정하는 단계, 그리고
    스캐닝되는 위치가 상기 인쇄기판형 열교환기의 유로 채널이 교차하여 지나가는 중심부인 경우, 상기 진폭 변화 분포도가 송신 초음파 탐촉자의 기준축에서 대칭인지 여부를 확인한 후, 비대칭인 경우 상기 인쇄기판형 열교환기의 결함을 추정하는 단계,
    를 포함하는 건전성검사 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 초음파 탐상 기기는,
    인쇄기판형 열교환기 일측에 송신 탐촉자를 고정하고, 상기 송신 탐촉자로부터 수직으로 입사되는 초음파를 타측에 선형 라인으로 스캐닝하는 수신 탐촉자를 통해 수신하여 상기 컴퓨팅 장치로 전송하는 건전성검사 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 초음파 탐상 기기의 송신 탐촉자의 기준축에서 진폭 변화 분포도의 좌측 적분값과 우측 적분값을 각각 산출하고, 산출된 좌우 적분값들을 비교하여 정량적인 대칭성 변화 정도에 기초하여 대칭적 분포 여부를 확인하는 건전성검사 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 결함을 추정하는 단계는,
    상기 진폭 변화 분포도가 대칭성을 가지고 있으나, 상기 진폭 변화 분포도의 중심 축의 위치가 상기 기준축에서 벗어나는 경우, 상기 기준축에서 상기 중심 축의 이동 위치만큼 반대 방향으로 이동한 위치에 결함이 있다고 추정하는 건전성검사 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 결함을 추정하는 단계는,
    상기 진폭 변화 분포도가 기준축을 중심으로 비대칭인 경우, 상기 기준축에서 좌측 진폭 변화 분포도의 피크점의 위치를 추출하고, 우측 진폭 변화 분포도의 피크점의 위치를 추출하는 단계,
    좌측 진폭 변화 분포도의 피크점의 위치와 우측 진폭 변화 분포도의 피크점의 위치를 매칭시키는 단계,
    매칭되는 위치들의 차이값이 임계 치 이상인 경우, 해당 위치에서 결함이 있다고 추정하는 단계,
    를 포함하는 건전성검사 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 인쇄기판형 열교환기의 결함을 추정한 결과를 저장하는 단계 그리고
    상기 인쇄기판형 열교환기에 대해 설정된 스캐닝 라인에 대해 스캐닝을 모두 완료한 후, 추정된 결과를 종합하여 상기 인쇄기판형 열교환기의 결함 위치와 결함 정도를 판단하는 단계
    를 더 포함하는 건전성검사 방법.
  7. 통신 장치,
    메모리, 그리고
    상기 메모리에 로드된 프로그램의 명령들(instructions)을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 프로그램은
    인쇄기판형 열교환기를 검사한 신호를 수집하여, 수집한 상기 신호에 저장된 스캐닝 거리 정보에 따른 진폭 변화 분포도를 측정하고,
    스캐닝되는 위치가 상기 인쇄기판형 열교환기의 유로 채널이 교차하여 지나가는 중심부인 경우, 상기 진폭 변화 분포도가 송신 초음파 탐촉자의 기준축에서 대칭인지 여부를 확인한 후, 상기 진폭 변화 분포도가 변화하거나 비대칭인 경우 상기 인쇄기판형 열교환기의 결함을 추정하는
    컴퓨팅 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 프로그램은,
    상기 초음파 탐상 기기의 기준축은 상기 송신 탐촉자의 위치에 기초하여 설정되고,
    상기 기준축에서 진폭 변화 분포도의 좌측 적분값과 우측 적분값을 각각 산출하고, 산출된 좌우 적분값들을 비교하여 정량적인 대칭성 변화 정도에 기초하여 대칭여부를 확인하는 컴퓨팅 장치.
  9. 제7항에서,
    상기 프로그램은,
    상기 검사한 신호가 저주파수 초음파인 경우, 상기 진폭 변화 분포도의 중심 축의 위치가 상기 기준축에서 벗어나는 경우, 상기 기준축에서 상기 중심 축의 이동 위치만큼 반대 방향으로 이동한 위치에 결함이 있다고 추정하는 컴퓨팅 장치.
  10. 제7항에서,
    상기 프로그램은,
    상기 검사한 신호가 고주파수 초음파인 경우, 상기 기준축에서 좌측 진폭 변화 분포도의 피크점의 위치를 추출하고, 우측 진폭 변화 분포도의 피크점의 위치를 추출하여 좌측과 우측에서 서로 대응되는 피크점의 위치의 차이값이 고주파수 임계 범위 이상인 경우, 해당 위치에서 결함이 있다고 추정하는 컴퓨팅 장치.
  11. 제7항에서,
    상기 프로그램은,
    스캐닝되는 위치가 상기 인쇄기판형 열교환기의 중심부 이외의 영역인 경우, 동일 영역에 대해 이전 시점에서 저장된 진폭 변화 분포도와 비교하여 변화 정도가 임계 범위 이상이면 결함으로 추정하는 컴퓨팅 장치.
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