KR20140053719A - 센서장치 및 이를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 또는 기체 특히, 노즐에서 형성되는 액주 또는 분사수 등의 충돌 면적에 따라 온도 제어된 박막부재의 냉각속도에 반응하는 전기신호를 제공하도록 센서장치를 구축한다.
상기 본 발명의 센서정치는, 장치 블록;과, 상기 장치 블록에 제공되되, 온도 제어되면서 냉각물질의 충돌 또는 접촉시 냉각특성을 형성하는 박막부재; 및, 상기 박막부재에 삽입되거나 박막부재에 인접하여 장치블록에 제공되면서 박막부재의 냉각특성을 측정토록 구성된 센서;를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 상기 센서장치를 기반으로 냉각설비의 설비상태(노즐상태)를 정량적으로 평가 가능하게 하는 한편, 설비 상태를 조업에 반영하여 (후판) 제품의 형상이나 재질 불량 률을 최소화하고, 냉각설비(가속 냉각기)의 유지 관리를 용이하게 하고, 설비점검에 따른 비용 절감도 가능하게 고, 궁극적으로 (고온) 소재의 균일냉각을 가능하게 하는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

센서장치 및 이를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치{Sensor Device and Apparatus for Qualitatively Estimating of Cooling Machine for Hot Plate having The Same}

본 발명은 센서장치 및 이를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 액체 또는 기체 특히, 노즐에서 형성되는 액주 또는 분사수 등의 충돌(접촉) 면적에 따라 온도 제어된 박막부재의 냉각속도에 반응하는 전기신호를 제공하도록 센서장치를 구축하는 것을 가능하게 한 센서장치 및 이를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치에 관한 것이다.

제철공정에는 다양한 노즐들을 사용하여 소재나 설비를 냉각하거나 소재(슬라브, 강판 등)상의 스케일을 제거한다.

특히, 스프레이(spray) 노즐은 활용도가 높아 기체, 액체 또는 기체와 액체가 혼합된 미스트 등의 적용도 가능하기 때문에, 그 사용폭이 넓어 냉각 공정에 많이 적용되고 있다.

이와 같은 스프레이 노즐의 특성을 파악하기 위하여는 노즐에서 분사되는 매질이 충돌되는 대상물(판)에 분포하는 압력을 측정하거나 폭방향으로 유량을 받아 폭 방향 유량분포를 통하여 측정한다.

그런데, 분사되는 충돌압을 측정하기 위하여는 일정 이상의 분사압력으로 분사되어야 하기 때문에, 측정시 사용되는 분사압 보다 낮은 압력으로 현장에서 사용되는 경우에는 정확한 노즐 특성을 평가하기 어려운 것이다.

또한, 폭방향 유량측정은 노즐을 통해 분사되는 매질이 기체나, 미스트인 경우 폭방향 유량분포의 측정 자체가 어렵고, 평가에도 제약이 많은 것이 현실이다.

그리고, 이러한 측정 방법들은 노즐 제조사가 노즐을 개발하고 이에 필요한 보증 데이터로 활용하기 때문에, 일정 기간 현장에서 사용되어 시간이 지날수록 노즐의 초기 성능이 계속 유지되는 것도 어려운 것이다.

더욱이, 이러한 평가도 현장에서 이루어지는 것이 아니라 노즐을 설계할 때 하나의 노즐에 대해 실험실에서 이루어지는 것으로서, 실제 현장 환경에 적용하기는 제약이 심하거나 실효성이 미비한 것이다.

따라서, 현장에서는 실제 무수히 많이 사용되는 노즐이 막히거나 파손되는 것을 모두 정확하게 그 노즐상태를 파악하는 것이 어렵기 때문에, 분사되는 냉각 매질의 불균일하거나 분사되지 않음에 따른 특히, 제철공정에서의 제품 불량이 발생하는 문제가 있는 것이다.

한편, 분사수가 아닌, 후판 제품의 냉각시 사용되는 (가속) 냉각기에서 액주를 주수하는 냉각헤더의 주수 타입의 노즐의 경우에도, 단위 냉각헤더에 상당한 수의 노즐이 설치되는 것을 감안하면, 그 노즐 상태를 일일이 파악하는 것이 쉽지 않은 문제가 있는 것이다.

더욱이, 냉각기 헤더의 노즐들의 상태(주수상태)를 파악하는 데에 상당한 시간이 필요함은 물론, 실제 냉각기들이 구축된 라인에서의 작업공간도 협소하여 제약이 많고 수작업으로 이루어지기 때문에, 냉각헤더의 노즐에 대한 정밀한 주수 상태 평가도 어려운 문제가 있었다.

따라서, 분사수를 형성하는 스프레이 타입의 노즐이든 액주를 주수하는 주수 타입의 노즐이든, 노즐 상태를 자동화를 기반으로 정밀하게 파악(평가) 하는 기술이 요구되어 왔다.

즉, 당 기술분야에서는, 액체 또는 기체 특히, 노즐에서 형성되는 액주 또는 분사수 등의 충돌 및 접촉면적 세기에 따라 온도 제어된 박막부재의 냉각속도에 반응하는 전기신호를 제공하도록 센서장치를 구축하고, 이와 같은 센서장치를 기반으로 냉각설비의 설비상태(노즐상태)를 정량적으로 평가 가능하게 하는 한편, 설비 상태를 조업에 반영하여 (후판) 제품의 형상이나 재질 불량 률을 최소화하고, 냉각설비(가속 냉각기)의 유지 관리를 용이하게 하고, 설비점검에 따른 비용 절감도 가능하게 고, 궁극적으로 (고온) 소재의 균일냉각을 가능하게 하는 센서장치 및, 이를 포함하는 냉각설비의 성능 평가장치가 요구되어 왔다.

상기와 같은 요구를 달성하기 위한 기술적인 일측면으로서 본 발명은, 장치 블록;

상기 장치 블록에 제공되되, 온도 제어되면서 냉각물질의 충돌 또는 접촉시 냉각특성을 형성하는 박막부재; 및,

상기 박막부재에 삽입되거나 박막부재에 인접하여 장치블록에 제공되면서 박막부재의 냉각특성을 측정토록 구성된 센서;

를 포함하여 구성된 센서장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 센서는 열전대로 제공되고, 상기 냉각물질은 기체, 액체, 주수되는 액주 또는 분사 수로 이루어지는 것이다.

더 바람직하게는 상기 장치블록에는 센서와 박막부재가 탑재되는 장착부가 구비되고, 상기 장치블록에 박막부재를 온도 제어토록 제공되는 온도제어수단;

을 더 포함하는 것이다.

이때, 상기 온도제어수단은, 상기 박막부재와 전기적으로 연계된 전기 가열수단;으로 제공될 수 있다.

또는, 상기 온도제어수단은, 상기 장치 블록을 통과하여 박막부재에 삽입되는 히트 파이프;로 제공될 수 있다.

또는, 상기 온도제어수단은, 상기 장치블록을 관통하여 장착부에 제공되는 히트 파이프로 제공되고, 센서는 상기 박막부재에 심어져 제공될 수 있다.

또는, 상기 온도제어수단은, 상기 박막부재를 관통하거나 포위하는 열선;으로 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 박막부재는 장치블록에 실링부재를 매개로 수밀상태로 조립되는 것이다.

또한, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 고온소재의 이동 경로 상에 제공되고 노즐들이 구비된 냉각헤더에 제공된 센서 탑재수단; 및,

상기 센서 탑재수단에 상기 노즐에 대응 배열되도록 제공된 복수의 센서장치;

들을 포함하여 구성된 센서장치를 포함한 냉각설비의 성능 평가장치를 제공할 수 있다.

이때, 상기 센서장치에 제공된 장치블록은 복수의 박막부재와 센서가 탑재되는 센서블록으로 제공되고, 상기 하나 이상의 센서블록이 상기 탐재수단에 탑재되는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 기본적으로 액체 또는 기체 특히, 노즐에서 형성되는 액주 또는 분사수 등의 충돌면적에 따라 온도 제어된 박막부재의 냉각속도에 반응하는 전기신호를 제공하도록 하는 센서장치의 구축을 가능하게 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같이 구축된 센서장치를 기반으로 냉각설비의 설비상태(노즐상태)를 정량적으로 평가 가능하게 하는 것이다.

결국, 설비 상태를 조업에 반영하여 (후판) 제품의 형상이나 재질 불량률을 최소화하고, 냉각설비(가속 냉각기)의 유지 관리를 용이하게 하고, 설비점검에 따른 비용 절감도 가능하게 하는 것이다.

궁극적으로, 본 발명은 (고온) 소재 특히, 후판 제품의 균일냉각을 가능하게 하여 제품 품질을 양호하게 유지 가능하게 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 센서장치를 도시한 전체 구성도
도 2는 도 1의 본 발명 센서장치를 도시한 분해 사시도
도 3은 도 1의 본 발명 센서장치를 통한 냉각성능 판단방법을 도시한 작동 상태도
도 4는 본 발명에 따른 제2 실시예의 센서장치를 도시한 전체 구성도
도 5는 도 4의 본 발명 센서장치를 도시한 분해 사시도
도 6은 도 4의 본 발명 센세장치에서의 히트 파이프 배열 상태를 도시한 개략 평면도
도 7은 본 발명 센서장치의 제3 실시예를 도시한 전체 구성도
도 8은 본 발명 센서장치의 제4 실시예를 도시한 분해 사시도
도 9 및 도 10은 본 발명의 센서장치가 적용되는 알려진 후판제품의 가속 냉각 공정을 도시한 공정도 및 냉각기의 세부 구성도
도 11은 본 발명 센서장치를 포함하는 냉각설비의 냉각 성능평가 구성을 도시한 구성도
도 12는 본 발명 센서장치를 통한 냉각성능 평가를 설명하기 위한 설명도
도 13은 본 발명 센서장치를 구비한 성능 평가장치를 도시한 구성도

이하, (첨부된 도면을 참조하여) 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. (도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.)

도 1 내지 도 8에서는 본 발명에 따른 제1 내지 제4 실시예의 센서장치(1)를 도시하고 있다. 따라서, 이하에서는 관련 도면에 따라 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 센서장치들을 순차로 설명한다.

다만, 도 3에서는 본 발명의 센서장치를 통한 냉각온도 차이에 따른 전기적 신호를 발생하여 냉각성능의 평가를 가능하게 하는 원리를 설명하고 있는데, 이는 다음의 도 3에서 제1 실시예의 센서장치(1)를 기반으로 상세하게 설명한다.

그리고, 이와 같은 본 발명의 센서장치를 들을 이용하는 냉각설비의 냉각 성능 평가에 대하여는 다음에 도 9 내지 12에서 상세하게 설명한다.

특히, 본 발명에 따른 센서장치(1)는 반드시 냉각기 노즐에만 적용되어야 하는 것은 아니고, 액체나 기체 또는 미스크 등이 충돌하는 온도제어되는 박막부재의 온도구배(온도변화)를 측정하는 방식이기 때문에, 다른 분야 예컨대, 가스 누출이나 액체 누출 등에도 광범위하게 적용하는 것은 문제가 없다.

다만, 도 1 및 도 3과 같이, 이하의 본 발명의 센서장치(1)는 일 예로 스프레이 노즐(240')이 적용되는 것을 설명하고, 앞에서 설명한 바와 같이 도 9 내지 도 12에서는 냉각기 냉각헤더의 액주를 주수하는 주수 노즐(240)을 대상으로 적용되는 것을 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 8에서 도시한 바와 같이, 본 발명 제1 내지 제 4 실시예의 센서장치(1)들은, 기본적으로 센서장치의 외형적 틀을 제공하는 장치 블록(10)과, 상기 장치 블록(10)에 제공되되, 온도 제어(가열) 되면서 스프레이 노즐(240')에서 폭을 갖고 분사되는 분사수(W) (물론, 누출 가스 등의 기체, 누수되는 액체, 냉각헤드의 노즐에서 형성되는 액주(도 11의 W)와 같은 다른 냉각매질도 가능함은 물론이다.)의 충돌 또는 접촉시 온도구배(온도변화)를 형성하는 박막부재(20) 및,상기 장치 블록(10)에 박막부재의 적어도 일부에 인접하여 제공되면서 박막부재(20)의 온도구배를 측정토록 구성된 센서(30)를 포함한다.

따라서, 본 발명 센서장치(1)는 미리 온도 제어되는, 예를 들어 가열된 박막부재(20)에 냉각매질인 분사수(W)가 충돌 또는 접촉하면, 박막부재의 분사수 충돌부위는 온도가 급속하게 떨어지고, 따라서 박막부재(20)의 온도를 측정하여 온도분포를 평가하면 노즐 상태를 정량적으로 평가할 수 있게 된다.

한편, 도 3에서는 이와 같은 본 발명 센서장치(1)를 통한 노즐상태의 평가방법의 원리를 나타내고 있다.

즉, 도 3에서 도시한 바와 같이, 얇은 박막부재(20)의 온도를 미리 제어하여 즉, 일정온도로 가열하여, 설정된 또는 일정 일정온도에서 분사수(W)에 의해 냉각되는 박막부재(20)의 냉각특성 즉, 온도구배를 분석하면 노즐상태를 평가할 수 있는 것이다,

예를 들어, 도 3에서 스프레이 노즐(240')에서 분사되는 냉각수의 폭(직경)이 T1,T2인 경우 박막부재(20)에 접촉하는 면적이 다르기 때문에, 얇은 박막부재(20)의 온도를 측정하면, 도 3의 그래프와 같이 박막부재의 길이방향으로 온도구배(분포) 즉, 냉각특성이 다른 것을 알 수 있다.

즉, 도 3에서 T2는 정상적으로 분사되는 냉각수 분포이고, T1은 스프레이 노즐(240')에 이물질이 끼이거나 노즐 불량으로 분사폭이 작거나 분사방향이 틀리면, 온도 그래프에서 T2와 같이 온도분포가 대칭이 되지 못하거나 최대값이 정상적이지 않게 되는 것이다.

따라서, 이와 같은 미리 온도제어된, 즉 가열된 박막부재의 냉각수 충돌분포에 따른 반응 냉각특성을 분석하면 노즐상태를 수작업 없이 자동화를 기반으로 평가할 수 있게 된다.

예를 들어, 도 3에서 노즐이 완전히 막히어 분사수가 분사되지 않으면 박막부재의 온도구배 즉, 냉각특성은 나타나지 않는 것이고, 이 경우 노즐이 막힌 것으로 평가할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명의 센서장치(1)는 노즐에서 분사되는 분사수(W)의 특성에 따라 냉각특성(박막부재의 온도구배)가 다르게 나타나는 것을 이용하여, 정량적으로 노즐상태를 평가(측정)하는 것을 가능하게 하는 것이다.

한편, 도 1 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 이와 같은 노즐상태를 정밀하게 측정하기 위하여는, 박막부재(20)의 크기, 두께 또는 재질 등이 중요하다. 그리고 박막부재(20)를 균일하게 온도 제어하는 것 즉, 균일하게 가열하는 것도 중요하고, 박막부재의 온도구배를 정밀하게 측정하기 위한 센서의 장치블록(10)의 설치 환경도 중요하다.

따라서, 박막부재(20)의 가열방식은 여러 형태로 냉각환경에 맞추어 적당하게 변경하거나 미리 설계하여 적정한 방식을 선택하여 사용하는 것도 가능하고, 온도제어 방식도 다양한 형태로 구현할 수 있다.

즉, 박막부재는 단순히 가열만 하는 것이 아니라 적정한 온도제어가 필요한데. 예를 들어 박막부재를 단순하게 온도제어없이 무한히 가열하기만 하면, 그 표면에 산화층이 형성되고, 이는 박막부재의 내구성을 저하시키어 수명을 매우 단축시킨다.

예를 들어 박막부재(20)의 온도제어분포 즉, 가열온도는 100~200 ℃가 적당하다. 예컨대,이와 같은 온도범위를 벗어나면 가열온도가 너무 낮아 도 3과 같은 온도분포(냉각특성)가 정밀하게 형성되지 않고, 상기 온도 보다 높으면 산화층이 형성문제가 야기되는 것이다.

다음, 도 1 내지 도 8에서 도시한 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 센서장치(1)는, 박막부재의 온도제어 형태 즉, 가열형태에 따라 구분될 수 있고, 또는 센서(30)의 설치 형태에 따라 구분되기도 한다.

또한, 본 발명의 센서장치(1)에서, 냉각수(W)가 충돌하는 박막부재(20)의 형태를 도 2와 같이 사각형태로 하거나, 도 5와 같이 원형으로 하는 것도 가능하고, 장치블록(10)도 사각형태 또는 원형 형태로 제공하는 것도 가능하고, 다른 형태 즉, 마름모나 직사각형 형태 등의 원하는 형태로 하는 것에는 전혀 문제가 없다.

예를 들어, 도 13과 같이, 장치블록(10)을 길게 신장시키고, 여기에 단위 박막부재(20)들과 센서(30)들을 적당한 패턴으로 배열하여 센서블록(10')으로 제공하면 다중 구조의 노즐상태를 동시에 평가하는 것도 가능한 것이다. 이는 다음에 도 9 내지 13에서 다시 설명한다.

따라서, 이하에서는 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 센서장치(1)를 설명한다.

먼저, 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 실시예의 센서장치(1)에 구비된 장치블록(10)에는, 박막부재(20)와 그 내측으로 제공되는 센서(30)가 탑재되는 센서공간을 형성하는 오목한 장착부(12)가 일체로 제공될 수 있다.

따라서, 장착부(12)를 하나의 길게 신장된 장치블록(10)에 원하는 패턴으로 배열하여 복수개 형성하면, 각각의 장착부에 박막부재(20)와 센서(30)가 탑재되므로 도 13과 같은, 복수의 단위 센서들을 구비하는 하나의 센서블록(10')으로 제공될 수 있다.

이때, 상기 센서(30)는 도 1 및 도 2와 같이, 박막부재(20)를 따라 긴밀하게 밀착되거나 부착되어 적어도 인접하게 배열되는 열전대로 제공될 수 있다. 즉, 박막부재의 냉각수 충돌에 따른 도 3과 같은 온도구배(냉각특성)를 측정하기 위하여는 연결대들이 촘촘하게 일정 간격을 가지고 박막부재(20)에 밀착 제공되는 것이 바람직하다.

물론, 이와 같은 열전대의 설치 배열은 박막부재의 두께나 냉각수 분사압력이나 유량 등의 요인에 따라 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어 박막부재가 두꺼우면 열전대를 더 촘촘하게 배열하고, 박막부재의 ?으면 더 간격을 두고 열전대들을 배치하는 것도 가능할 것이다.

다음, 도 1 및 도 2와 같이, 바람직하게는 본 발명의 센서장치(1)는 분사수(W) 또는 액주(W)가 접촉하기 때문에, 상기 박막부재(20)는 내측의 센서(30)를 보호토록 상기 장치블록(10)의 장착부(12)에 수밀상태로 조립되는 것이다.

예를 들어, 상기 장치블록(10)의 장착부(12)에 조립되는 박막부재(20)는, 장착부(12)의 내측에 형성된 지지턱(14)에 볼트로서 긴밀하게 조립되면서 지지되고, 장착부(12)의 바닥측에 센서공간을 확보 가능하게 하는 단턱부(22)를 구비할 수 있다.

이때, 도 1 및 도 2와 같이, 상기 박막부재(20)와 장치블록(10) 사이에는 하나 이상의 실링부재(16) 즉, 박막부재의 형태에 대응되는 패킹이 조립되어, 박막부재는 장치블록에 수밀상태로 조립되는 것이다.

따라서, 본 발명의 센서장치에서 박막부재(20)는 장치블록(10)의 장착부(12)에 밀봉상태로 내측에 센서공간을 확보 가능하게 상태로 조립될 수 있다.

물론, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 박막부재(20)의 모서리 단턱부(22)를 장치블록(10)의 장착부(12)의 외곽으로 블록 상면에 볼트로서 실링부재(16)를 개재하여 긴밀하게 조립되는 것도 가능하다.

또는, 장치블록에 단순한 오목한 홈을 형성하고 박막부재(20)의 후면에 열전재들을 부착하고 긴밀하게 끼우면서 조립하는 형태도 가능할 것이다.

더하여, 도 2와 같이, 열젼대의 센서(30)들은 장치블록의 장착부 내측을 형하는 구멍(미부호)들을 관통하여 수밀상태로 삽입되고, 열전대 케이블(32)들이 장치 제어부(C)와 전기적으로 연계되어 냉각수 접촉면적에 따른 온도구배(냉각특성)이 실시간 측정되면서 노즐 상태를 평가 가능하게 할 수 있다.

다음, 이와 같은 본 발명의 박막부재(20)는 분사수나 액주 등의 냉각매질이 충돌(접촉)하여 그에 따른 냉각특성(온도구배)을 형성하고, 이를 센서인 열전대 등이 측정하기 때문에, 본 발명의 장치블록(10)에는 센서와 박막부재가 탑재되는 장착부(12)에 제공되어 박막부재를 온도제어하는 온도제어수단을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 1 내지 도 8에서 도시한 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 센세정치(1)는 다양한 형태의 온도제어수단을 포함하여 제공될 수 있다.

다만, 제1 내지 제4 실시예의 센서장치의 경우, 센서 기본구조는 도 1 내지 도 2에서 설명한 제1 실시예의 센서장치와 실질적으로 동일하다.

동시에, 박막부재(20)에 분사수나 액주가 충돌하여 그 온도구배(냉각특성)을 센서(30) 즉, 열전대로 측정하여 노즐의 상태를 평가하는 것은 도 3에서 설명한 원리와 같다.

따라서, 이하에서는 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 센서장치의 다양한 형태의 온도제어수단들에 대하여 살펴본다.

먼저, 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이. 본 발명의 제1 실시예의 온도제어수단은, 상기 박막부재(20)와 전기적으로 연계된 전기 가열수단(40)으로 제공 될수 있다.

즉, 도 1 및 도 2와 같이, 전원공급기(30)(파워 서플라이)의 양극(+)과 음극(-)에 각각 케이블(42)(44)를 통하여 박막부재(20)의 양측에 연결 접속하면, 박막부재는 가열되어 온도 제어된다.

따라서, 도 1과 같이, 박막부재(20)에 분사수 또는 액주가 충돌하면 그 접촉 면적에 따라 열전대인 센서(30)들이 측정하는 박막부재 폭방향 또는 길이방향의 각 지점(열전대 밀착지점)에서의 온도 값은 다르고, 따라서 도 3의 그래프와 같은 냉각특성(온도분포)가 형성되고, 이는 장치제어부(C)를 통하여 컴퓨터나 디스플레이 기기에서 원하는 형태로 나타날 수 있고, 이는 전체 냉각설비의 가동 제어시스템으로 피이드백되어 냉각 제어될 수 있을 것이다.

한편, 이와 같은 전기 가열수단(40)의 온도제어수단을 이용하는 경우 박막부재(20)의 두께를 적당하게 설계하는 것이 바람직하고, 전원 공급기(40)와 박막부재 사이에 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 온도 콘트롤러를 더 사용하는 것도 가능하다.

이때, 상기 전기 가열수단(40)의 경우 박막부재의 두께가 얇기 때문에, 앞에서 설명한 박막부재(20)의 단턱부(22) 등의 형성이 무리일 수 있고, 따라서 장치블록(10)의 장착부(12)에 장치블록(10)에 실링부재(16)를 개재하여 수밀상태로 조립하고, 센서(30)인 열전대를 두께가 얇은 박막부재에 삽입시키는 것은 어렵기 때문에, 센서(30)의 열전대 들을 박막부재의 일면에 내열 본드를 이용하거나 티그 용접 등으로 부착하여 사용할 수도 있다.

이때, 전원공급기(40)는 DC/AC를 이용하여 전원을 공급하여 박막부재를 가열할 수 있다.

한편, 본 발명 센서장치(1)에서 사용되는 박막부재(10)의 재질은, 가능한 열전도가 높은 그래핀, 다이라몬드, 은, 구리, 금, 알루미늄,철, 납 등을 사용하는 것이 가능하다. 다만, 전기 가열방식의 경우에는 얇은 박막부재를 사용하고, 다른 온도제어수단을 사용하는 경우에는 박막부재의 두께를 적정하게 할 수 있다.

다음, 도 4 내지 도 6에서는 본 발명의 제2 실시의 센서장치(1)를 도시하고 있는데, 이와 같은 제2 실시예의 센서장치(1)의 다른 형태의 온도제어수단은, 상기 장치 블록(10)을 통과하여 박막부재(20)에, 적당한 배열로 삽입되는 히트 파이프(50)로 제공될 수 있다.

그리고, 박막부재의 하측에 센서(30) 즉, 열전대 들이 장치블록의 장착부 (12)에 박막부재에 부착되거나 밀착되어 제공될 수 있다.

따라서, 이 경우 히트 파이프를 통과하는 온수(고온수), 스팀, 가열매질 등의 온도를 제어하면 박막부재의 온도도 제어될 수 있고, 상기 온수, 스팀 또는 기타 가열매질은 순환방식으로 지속적으로 제공되어 박막부재의 온도를 일정하게 유지하도록 하는 것도 가능한데, 예를 들어 도 4 내지 도 6에서는 개략적으로 도시하였지만, 히트 파이프를 2중 관으로 하여 온수, 스팀 등이 순환되도록 할 수 있다.

그리고, 도 5 및 도 6과 같이, 상기 히트 파이프(50)의 온도 제어수단도 적정한 형태로 박막부재(20)에 삽입될 수 있는데, 가능하면 박막부재를 전체적으로 균일하게 가열하도록 도 6과 같은 패턴으로 제공될 수 있다.

다음, 도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예의 센서장치(1)와 같이, 또 다른 형태의 온도제어수단은, 상기 장치블록(10)을 관통하여 장착부(12)에 제공되는 히트 파이프(50)로 제공되고, 센서(30) 즉, 열전대들을 박막부재(20)에 심어서(삽입하여) 제공하는 것이다.

이 경우, 열전대들이 분사수나 액주가 충돌하는 박막부재(20)에 직접 심어지기 때문에(예컨대, 구멍에 삽입되기 때문에), 박막부재의 온도측정 강도가 높고, 따라서 도 7의 경우에는 박막부재에 충돌하는 분사수나 액주의 유량이 작은 경우 적용하면 더 바람직할 것이나, 이에 반드시 한정되는 것은 아님은 물론이다.

한편, 도 6 및 도 7과 같이 박막부재(20)에 히트파이프가 심어지거나 열전대가 심어지는 경우, 파이프나 열전대 직경(굵기)에 대응하여 박막부재의 두께를 미리 설계하는 것은 당연하다.

다음, 도 8에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예의 센서장치(1)에서 상기 온도제어수단은, 상기 박막부재(20)를 관통하거나 포위하는 열선(60)으로 제공될 수 있다.

다만, 이와 같은 열선을 사용하여 박막부재의 온도를 제어하는 경우에는 열선의 의한 온도범위를 고려하며 박막부재는 열전달이 있는 금속재질로 제공하는 것이 바람직할 것이다.

물론, 도 8과 같이 열선(60)의 경우 박막부재(20)에 형성된 구멍들을 통과하여 나선형 형태로 관통 제공되거나, 단턱부(22)의 하측으로 박막부재를 둘러싸면서 다층으로 제공될 수 있을 것이다.

다음, 도 9 내지 도 13에서는, 지금까지 설명한 발명의 센서장치(1)를 기반으로 하는 후판제품의 (가속) 냉각기(200)의 냉각성능 평가장치(100)에 대하여 설명한다.

먼저, 도 9 및 도 10에서 도시한 바와 같이, 연속주조 공정에 의해서 제조된 주편 즉, 슬라브는 가열로(250)에서 강종에 따른 목표 온도까지 가열되고, 가열로를 통과한 압연소재는, 거칠기 압연기(RM)와 마무리 압연기(FM)의 압연단계(260)를 거쳐 일정한 두께 예컨대, 최종 제품의 지시 두께까지 소재를 압연하여 후판재를 생산한다.

이때, 거칠기 압연을 거친 후판재(S)는 결정립 미세화나 변태조직의 제어를 위하여 가속냉각기(200)를 거치고, 레벨러(270)를 통한 레벨링 단계를 거치고, 최종적으로 냉각대(280)에는 최종적인 제품으로 완성된다.

그런데, 도 2와 같이, 가속 냉각기(200)는, 4~7개의 뱅크(210a 내지 210d)들로 구성되고, 각각의 단위 뱅크들에는 각각 4~6개의 상,하부 헤더(header) (220) (240)들로 구성된다.

이때, 하나의 단위 냉각헤더 즉, 하나의 상부 냉각헤더(220)에는, 도 13과 같이, 대략 1000개의 노즐(240)들이 소정 간격과 열을 맞추어 배열되고, 이때 가속냉각기(200)의 가동은 후판재(S)의 냉각여부(수냉재와 비수냉재)에 따라 달라진다.

그런데, 이와 같은 가속냉각기(200)의 헤더들에 제공된 노즐(도 13의 240)들은 그 구성성분의 이온화 차이, 가열과 냉각에 따른 노즐 내부와 출구부위(분사구멍)의 막힘 현상이 발생하기 쉽다.

따라서, 하나의 단위 헤더에만 상당한 양으로 설치된 노즐 들중 일부만 막히거나, 기타 이물질이나 부식 등으로 노즐의 구멍이 좁아지는 경우, 소재의 목표 최종냉각 온도(Finish Cooling Temperature,FCT)까지 후판재(S)를 냉각하는 것을 어렵게 하거나 적어도 소재의 국부적으로 냉각불량을 초래하고, 이는 후판 제품의 냉각 변태에 의한 변태 강화 효과를 얻을 수 없게 한다.

따라서, 가속 냉각기(200)의 경우, 여러 개의 헤더들을 조합하여 구성된 뱅크 자체도 여러 개가 배치되기 때문에, 가속 냉각기 전체적으로 설치되는 노즐의 수는 엄청나고, 따라서 이와 같은 노즐 들의 성능평가를 위한 자동화를 기반으로 하는 것이 필요한 것이다.

이에, 본 발명에서는 도 13과 같이, 냉각헤더(220)(230)의 노즐(240)들의 주수상태 즉, 액주가 정상적으로 주수되는 지를 자동화를 기반으로 평가 가능하게 하도록 본 발명의 센서장치(1)를 이용하여,궁극적으로 냉각설비의 냉각성능 평가장치(100)를 제공하는 것이다.

한편, 도 11 및 12에서는 이와 같은 노즐에서 주수되는 액주 상태를 비정상 상태(W')와 정상상태(W)로 비교하여 도시하고 있는데, 냉각헤더(220)의 노즐(240)을 통하여 액주(W)가 정상적으로 주수되면, 박막부재(20)에 죄우 대항으로 접촉하게 되나, 노즐이 불량하여 액주의 주수 각도가 틀어지는 경우 경사진 비정상 액주(W') 또는, 노즐이 접아져 액주가 길이를 갖고 연이어 이어지는 못하고 끊어 지는 비정상 액주(W')의 경우에는, 박막부재의 액주 접촉면적이 작거나, 접촉 자체를 하지 않거나, 액주가 박막부재에 충돌하기는 하나 단락되어 시간차를 두고 접촉하는 경우, 열전대에서 박막부재의 온도 측정시 정상적인 액주와는 다른 냉각특성(온도구배)을 형성하므로, 노즐 상태를 파악할 수 있는 것이다.

다음, 도 11 내지 도 13에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 센서장치(1)들을 블록화한 센서블록(10')을 탑재수단에 탑재하여, 냉각설비 즉, 냉각헤더(220)의 노즐(240)들을 성능평가를 수행하는 것을 도시하고 있다.

즉, 본 발명의 냉각설비의 성능 평가장치는, 냉각대상 소재 즉, 후판의 이동경로 상에 제공되고 노즐(240)들이 구비된 냉각헤더(220)에 제공된 센서 탑재수단및, 상기 센서 탑재수단에 노즐에 대응하여 배열되도록 제공된 복수의 센서장치(1)들을 포함하여 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 11 및 도 13과 같이, 본 발명의 냉각설비의 성능 평가장치(100)의 경우에는 2열의 센서블록(10')을 센서 탑재수단에 제공할 수 있다.

이때, 도 13에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 경우 센서 탑재수단은, 냉각헤더(220)에 연계된 구동수단(110)의 엘엠 가이드(112)에 안착되고, 모터(미도시) 구동되는 스크류바아(116)가 체결되는 이동블록(114)을 포함하고, 특히 상기 이동블록(114)에는 센서블록(10')이 하나 이상 탑재되는 센서 탑재블록(118)이 하부에 연결되고, 필요에 따라 수평하게 신장되면서, 적당한 센서블록(10')들이 탑재된다.

따라서, 상기 스크류바아(116)의 작동에 따라 이동블록(114)은 엘엠 가이드(112)를 따라 이동하고, 결국 센서블록(10')들의 센서장치(1)는 냉각헤더(220)의 하부에서 노즐(240)들을 따라 이동하면서 노즐의 성능평가를 액주 충돌에 따른 박막부재(20)의 냉각특성의 측정을 통하여 냉각기의 냉각헤더(220)의 노즐 상태를 평가할 수 있는 것이다.

그리고, 얻어지는 냉각헤더의 정량적인 설비상태는 냉각공정의 냉각제어 모델의 정도를 향상시키는 역할을 하고, 노즐의 상태를 정량적으로 평가하여 그 정량적인 데이터를 피드포워드(Feed Forward) 제어시, 냉각설비의 뱅크 열유속에 자동으로 반영시킬 수 있을 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1.... 센서장치 10.... 장치 블록
20.... 박막부재 30.... 센서 (열전대)
40.... 전기 가열수단 50.... 히트 파이프
60.... 열선 100.... 성능 평가장치
200.... 냉각기 220.... 냉각헤더
240.... 주수 노즐 240'.... 분사 노즐

Claims (10)

1. 장치 블록(10);
   상기 장치 블록(10)에 제공되되, 온도 제어되면서 냉각물질의 충돌 또는 접촉시 냉각특성을 형성하는 박막부재(20); 및,
   상기 박막부재에 삽입되거나 박막부재에 인접하여 장치블록에 제공되면서 박막부재의 냉각특성을 측정토록 구성된 센서(30);
   를 포함하여 구성된 센서장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서(30)는 열전대로 제공되고, 상기 냉각물질(W)은 기체, 액체, 주수되는 액주 또는 분사수로 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 장치블록(10)에는 센서와 박막부재가 탑재되는 장착부(12)가 구비되고, 상기 장치블록에 박막부재를 온도 제어토록 제공되는 온도제어수단;
   을 더 포함하는 센서장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 온도제어수단은, 상기 박막부재(20)와 전기적으로 연계된 전기 가열수단(40);
   으로 제공된 것을 특징으로 하는 센서장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 온도제어수단은, 상기 장치 블록을 통과하여 박막부재(20)에 삽입되는 히트 파이프(50);
   로 제공되는 것을 특징으로 하는 센서장치.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 온도제어수단은, 상기 장치블록(10)을 관통하여 장착부(12)에 제공되는 히트 파이프(50)로 제공되고, 상기 센서(30)는 박막부재(20)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 센서장치.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 온도제어수단은, 상기 박막부재(20)를 관통하거나 포위하는 열선(60);
   으로 제공되는 것을 특징으로 하는 센서장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 박막부재(20)는 하나 이상의 실링부재(16)를 개재하여 장치블록(10)에 수밀상태로 조립되는 것을 특징으로 하는 센서장치.
   
9. 냉각되는 소재의 이동경로상에 제공되고 노즐(240)들이 구비된 냉각헤더 (220)에 제공된 센서 탑재수단; 및,
   상기 센서 탑재수단에 상기 노즐에 대응 배열되도록 제공된 상기 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에서 기재된 복수의 센서장치(1);
   들을 포함하여 구성된 센서장치를 포함한 냉각설비의 성능 평가장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 센서장치(1)에 제공된 장치블록(10)은 복수의 박막부재와 센서가 탑재되는 센서블록(10')으로 제공되고, 상기 하나 이상의 센서블록이 상기 탐재수단에 탑재되는 것을 특징으로 하는 센서장치를 포함한 냉각설비의 성능 평가장치.

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