KR20140100579A - 침착물을 검출하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 액체-포함 시스템 내부의 반사 지역 내의 침착물을 검출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 반사 지역을 향해서 초음파 방출 신호를 방출하기 위한 초음파 변환기 및 반사 지역의 지역 내의 초음파 방출 신호의 반사에 의해서 얻어지는 초음파 반사 신호를 검출하기 위한 검출 수단을 포함하고, 상기 장치는 상기 반사 지역의 온도를 증가시키기 위한 가열 수단을 더 포함한다.
Description
본원 발명은 침착물(deposit)을 검출 및 분석하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
발전 플랜트, 스틸 밀(steel mill), 펄프 제조 또는 제지 플랜트와 같은 산업적 플랜트가 일반적으로 유체를 안내 또는 저장하기 위한 수단, 예를 들어, 파이프 라인 또는 유체 컨테이너를 포함한다. 유기 물질 및 무기 물질 침착물이 이러한 유체 안내 또는 저장 수단의 내측 벽에 침착되고, 그에 의해서 파울링(fouling) 또는 물때(scaling) 침착물의 축적이 안내 수단을 통한 유동을 적어도 부분적으로 차단하고 그리고 안내되는 또는 저장되는 유체가 오염될 수 있을 것이다. 이는, 장비의 막힘, 화학물질의 불충분한 이용, 증가된 설비 비용, 증가된 오물 합계(dirt count)로부터의 중단, 부식, 및 품질 저하된 제품으로 인한 생산 손실과 같은 많은 수의 동작 문제를 유발하는 바람직하지 못한 사건이다.
원칙적으로, 한편으로 파울링 침착물 및 다른 한편으로 물때 침착물을 구분할 수 있다. 파울링 침착물은 수성 시스템에서 생물막 형태로 종종 발생하는 유기 침착물이다. 그러한 생물막은 실질적으로 미생물, 예를 들어, 박테리아, 해조류, 균류, 및 원생동물로 구성된다. 대조적으로, 물때 침착물은, 예를 들어, 칼슘(탄산염, 옥살산, 황산염, 규산염), 알루미늄(규산염, 수산화물, 인산염), 황산 바륨, 방사성 라듐 황산염, 및 마그네슘의 규산염의 착물을 포함하는 식별되는 무기 물질로부터 발생한다.
파울링 침착물의 축적 및 특히 생물막의 성장을 방지하기 위해서, 살생물제를 대책 수단으로서 관련 유체 내로 첨가한다. 물때 침착물은 아크릴산, 메타크릴산, 말레산 및 아스파르트산의 단일중합체, 공중합체 및 삼원중합체를 기초로 하는 화학 침작 제어제를 첨가함으로써 제거될 수 있다. 또한, 화학적 침착 제어제가 유기 포스포네이트 및 그 유도체뿐만 아니라 폴리포스페이트를 기초로 할 수 있다.
이러한 살생물제 및 화학적 침착 제어제의 투여(dosage)가 매우 주의 깊고 적은 양으로 실시되어야 하는데, 이는 살생물제 및 화학적 침착 제어제가 매우 고가이고 건강에 유해하기 때문이다. 그에 따라, 물때 및 파울링 침착물들을 구분하고 각각의 물때 또는 파울링 침착물의 두께를 결정할 필요가 있다.
유체 용기 내부의 파울링 침착물 또는 물때 침착물의 특성의 고정밀 측정을 위한 방법 및 장치가 종래 기술 문헌 WO 2009/141135 A1에 개시되어 있다. 초음파 방출 신호가 초음파 변환기에 의해서 유체 용기 내부의 반사 지역을 향해서 방출되고, 그리고 초음파 변환기와 반사 지역 사이의 거리 또는 초음파 변환기와 반사 지역 상의 침착물 사이의 거리가 반사 지역을 덮는 침착물의 또는 반사 지역의 시간-도메인 반사 신호를 평가하는 것에 의해서 측정된다. 측정된 거리를, 반사 지역 상에 어떠한 침착물도 없는 상태에서 초기 영점조정 측정 단계에서 측정된 기준 거리와 비교한다. 측정된 거리와 기준 거리 사이의 차이가 침착 두께에 대한 측정이 된다. 이러한 방법의 단점은, 초음파 변환기와 반사 지역 사이의 실제 거리가, 예를 들어, 유체 용기 내의 온도 또는 압력에 따라서 변화된다는 것이다. 그에 따라, 측정시의 초음파 변환기와 반사 지역 사이의 현재 거리가 이전에 측정된 기준 거리에 의해서 정확하게 규정될 수 없다. 결과적으로, 침착물의 두께 측정이, 압력 및 온도와 같은 동작 조건에 따른 미지의 오프셋을 포함한다.
산업적인 플랜트는 일반적으로, 예를 들어, 보일러, 열 교환기, 응축기, 혼합기와 같은 복수의 기능적 유닛을 포함한다. 이러한 복수의 기능적 유닛은, 연결 파이프 등을 통해서, 특히 직렬로 및/또는 병렬로 서로 연결된다.
산업 플랜트 내에서 파울링 또는 물때 침착물을 측정하기 위한 공지된 장치의 문제점은, 예를 들어, 기능적 유닛 내부의 제한된 설치 공간 또는 과다하게 높은 온도로 인해서, 기능적 유닛의 내부에 그와 같은 측정 장치를 설치하기가 어렵다는 것이다. 결과적으로, 특히 기능적 유닛이 예를 들어 보일러를 포함하는 경우에, 비록 기능적 유닛 내부의 온도가 정상적으로 연결 파이프 내부 보다 더 높음에도 불구하고, 그러한 장치가 기능적 유닛들 사이의 연결 파이프에 또는 연결 파이프 내에 제공된다. 이는, 온도가 높을수록 파울링의 성장이 증가되고, 그에 따라 연결 파이프의 내부 보다 기능적 유닛의 내부에서 침착물이 보다 많이 축적되는 경우가 빈번하기 때문에, 측정 품질에 있어서 바람직하지 못하다. 결과적으로, 연결 튜브 내에서 측정된 결과가 잘못되고 그리고 관련 지역 내의 침착물의 두께가 정확하게 결정될 수 없다.
그에 따라, 본원 발명의 목적은, 예를 들어 제한된 설치 공간으로 인해서 장치가 기능적 유닛의 내부에 직접적으로 설치될 수 없는 경우에도, 기능적 유닛 내의 파울링 및/또는 물때의 침착물을 정확하게 결정할 수 있게 하는 파울링 및/또는 물때 침착물 검출 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본원 발명의 목적은, 반사 지역을 향해서 초음파 방출 신호를 방출하기 위한 초음파 변환기 및 상기 반사 지역의 지역 내의 초음파 방출 신호의 반사에 의해서 얻어지는 초음파 반사 신호를 검출하기 위한 검출 수단을 포함하는, 액체-포함 시스템 내부의 반사 지역 내의 침착물을 검출하기 위한 장치에 의해서 달성되고, 상기 장치는 상기 반사 지역의 온도를 증가시키기 위한 가열 수단을 더 포함한다.
본원 발명에 따라서, 유리하게, 반사 지역 내의 온도를 증가시킬 수 있고, 그에 따라 상기 액체-포함 시스템과 유체 연결된 기능적 유닛의 내부의 실제 조건이 장치의 설치 지역에서 능동적으로(actively) 시뮬레이팅될 수 있다. 만약 반사 지역의 지역 내의 유효 온도가 가열 수단에 의해서 기능적 유닛의 내부의 실제 온도로 셋팅된다면, 반사 지역 내의 침착물의 축적이 기능적 유닛 내의 침착물의 축적과 매우 유사해질 것이다. 유리하게, 측정 유닛을 기능적 유닛 내로 직접적으로 설치할 필요가 없이, 기능적 유닛 내부의 파울링 및/또는 물때 침착물의 축적이 정확하게 측정될 수 있다. 기능적 유닛 외부에 장치를 설치하는 것의 결과로서, 장치에 대해서 유지보수 및 수리 작업을 보다 잘 실시할 수 있게 되고 그리고 설치 비용이 감소될 수 있다. 이러한 해결책의 추가적인 장점은, 장치가 기능적 유닛의 기능화에 영향을 미치지 않는다는 것 그리고 그와 같은 측정 장치로 기존 플랜트를 용이하게 업그레이드할 수 있다는 것이다. 본원 발명의 견지에서, 액체-포함 시스템은, 바람직하게, 적어도 일시적으로 기능적 유닛과 유체 연결되는 파이프 또는 튜브, 바람직하게 기능적 유닛으로 액체를 공급하기 위한 공급 라인 또는 기능적 유닛으로부터 액체를 배출(draining)하기 위한 배출 라인을 포함한다. 또한, 상기 파이프 또는 튜브가 상기 기능적 유닛과 병렬로 연결되는 것이 고려될 수 있다. 대안적으로, 상기 액체-포함 시스템이 또한, 상기 기능적 유닛과 일시적으로만 유체 연결되는 유체 컨테이너 일 수 있다. 바람직하게, 상기 액체-포함 시스템이 장치의 일부인 튜브를 포함한다. 특히 바람직하게, 상기 반사 지역이 또한 장치의 일부이고, 상기 반사 지역이 상기 튜브의 내부에 및/또는 튜브 벽의 내부에 위치된다. 상기 튜브는, 예를 들어, 기능적 유닛의 액체-포함 파이프라인과 연결에 적합할 수 있다. 특히, 상기 장치가 반사 지역을 포함하고 반사 지역으로서의 역할을 하는 반사 벽을 포함한다.
특히, 본원 발명의 견지에서 "침착물"이라는 단어는, 예를 들어, 회로, 파이프 또는 컨테이너와 같은, 액체-포함 시스템 내에서 발생하는 임의 종류의 유기 또는 무기 오염물질 및 침착물을 나타낸다. 그와 같은 침착물은 예를 들어 필름(또한 "파울링"으로서 지칭된다) 형태로 발생된다. 이는 주로 고체 상과의 계면에서 수성 시스템 내에서 주로 발생된다. 필름에 의해서 유발되는 미생물의 경우에, 그 침착물은, 미생물(예를 들어, 박테리아, 해조류, 균류, 및 원생동물)이 매립된 점액질(slimy) 층으로 이루어진다. 일반적으로, 이러한 필름은, 미생물 이외에도, 주로 물 및 미생물에 의해서 방출되는 세포외 중합체 물질을 포함하고, 상기 중합체 물질은 물과 함께 히드로겔(hydro-gel)을 형성하고 다른 영양물 및 물질을 포함한다. 종종, 입자가, 계면에 인접한 수성 매체 내에서 발견되는 결과적인 점액질 매트릭스 내에 포함된다. 예를 들어, 제지 플랜트에서 발생되는 필름은, 그러한 필름이 유기 매트릭스에 의해서 경계 지어지는 높은 비율의 섬유, 미세 물질, 및 무기 색소(pigment)를 포함한다는 사실을 특징으로 한다. 전형적으로, 그러한 필름은 미생물 공급원의 보호(protective) 엑소폴리싸카라이드(exopolysaccharide)("점액", EPS)를 수반하고 그리고 이러한 장비 표면과 프로세스 물 스트림의 계면에서 발생된다. 부가적으로, 칼슘 탄산염("물때")과 같은 무기 오염물질 및 유기 오염물질이 종종 그러한 표면 상에 침착된다. 이러한 유기 오염물질이 전형적으로 "피치(pitch)"(예를 들어, 목재로부터의 수지) 및 "끈적이는 것(sticky)"(예를 들어, 글루, 접착제, 테입, 및 왁스 입자)로서 공지되어 있다.
본원 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 가열 수단이 반사 지역으로 직접적으로 커플링되고, 바람직하게 상기 가열 수단이 열 전도성 재료로 제조된 전도 수단에 의해서 상기 반사 지역에 대해서 견고하게(rigidly) 커플링된다. 여기에서, 유리하게, 상기 가열 수단으로부터 상기 반사 지역으로의 유효 열 전달을 달성할 수 있다. 결과적으로, 장치의 에너지 소비가 감소될 수 있다. 이는, 기능적 유닛 내의 침착물의 발전(development)과 유사한 침착물의 발전을 계속적으로 시뮬레이팅하기 위해서 상기 반사 지역이 영구적으로 가열될 때, 특히 중요하다.
본원 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라서, 상기 반사 지역이 반사 벽에 의해서 적어도 부분적으로 제공되고, 바람직하게 상기 반사 벽이 상기 액체-포함 시스템의 벽 부분을 포함하고 및/또는 상기 액체-포함 시스템의 벽 부분으로서 적어도 작용한다. 유리하게, 액체-포함 시스템이 액체 파이프를 포함할 때 상기 액체-포함 시스템을 통한 액체의 유동에 난류를 유발하지 않으면서, 상기 반사 벽이 액체-포함 시스템의 벽 내로 완전히 통합된다. 바람직하게, 상기 반사 벽이 상기 초음파 변환기와 대면하는 내측 측부(side) 및 상기 초음파 변환기로부터 먼 쪽을 대면하는 외측 측부를 포함하고, 상기 가열 수단이 상기 반사 벽의 외측 측부에 연결되고, 그에 따라 한편으로 상기 가열 장치와 상기 반사 벽 사이의 비교적 효과적인 열 전달이 제공되고 그리고 다른 한편으로 액체의 유동 영향을 받지 않는다.
바람직하게, 상기 장치는 가열 수단, 열 전도 수단 및 반사 벽을 포함하는 반사 유닛을 포함하고, 상기 반사 유닛은 바람직하게, 상기 반사 벽이 상기 액체-포함 시스템의 벽 내의 개구부 내로 돌출하는 방식으로, 상기 액체-포함 시스템에 탈착식으로 연결된다. 여기에서, 유리하게, 상기 장치를 상기 액체-포함 시스템 내로 신속 및 용이하게 조립할 수 있다. 특히, 반사 유닛이 연결 조인트, 특히 스크류 조인트에 의해서 액체-포함 시스템에 연결된다. 상기 액체-포함 시스템 내의 개구부를 밀봉하기 위해서, 바람직하게 밀봉 수단이 상기 반사 벽과 상기 반사 벽을 둘러싸는 액체-포함 시스템의 벽 사이에 제공된다. 상기 밀봉 수단이 예를 들어 o-링 형태의 밀봉-링을 포함한다. 상기 밀봉 링은 상기 액체-포함 시스템의 또는 상기 반사 벽의 벽 내의 홈에 위치된다. 상기 장치의 설치를 단순화하기 위해서, 장치가 바람직하게 측정 유닛을 포함하고, 상기 측정 유닛은 초음파 변환기 및 검출 수단을 포함하고, 상기 측정 유닛은, 상기 측정 유닛과 상기 반사 유닛이 상기 액체-포함 시스템의 대향 측부들 상에 위치되는 방식으로, 상기 액체-포함 시스템에 탈착가능하게 연결된다.
본원 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 상기 열 전도 수단이 리세스를 가지는 홀더를 포함하고, 상기 가열 수단이 상기 리세스 내에 수용되고, 그리고 상기 열 전도 수단이 반사 벽을 포함하고, 상기 반사 벽의 내측 측부가 상기 초음파 변환기와 대면한다. 바람직하게, 상기 홀더가, 비교적 양호한 열 전도도를 가지는 금속 재료를 포함한다. 상기 홀더는, 예를 들어, 철, 스틸, 구리, 황동, 스테인리스 스틸, 은, 금 등으로 제조된다. 황동이 약 29% 아연, 약 1 % 주석 및 약 70% 구리를 포함하는 애드미럴티 황동(Admiralty brass)인 것을 고려할 수 있을 것이다. 바람직하게, 상기 홀더가 구리, 니켈 및 철을 포함하는 합금(CuNiFe), 또는 구리, 니켈, 철 및 망간을 포함하는 합금(CuNiFeMn), 또는 구리, 철 및 코발트를 포함하는 합금(CuNiFeCo)을 포함하거나 그러한 합금으로 제조된다. 바람직한 실시예에서, 상기 홀더가 CuNiFeMn으로 제조되고, 여기에서 구리의 중량%가 86 내지 89.7이고, 니켈의 중량%가 9 내지 11이고, 철의 중량%가 1 내지 2이고, 그리고 망간의 중량%가 0.5 내지 1 이다. 가장 바람직한 실시예에서, 니켈의 중량%가 10이고 그리고 철의 중량%가 1.6이다. 특히, 상기 홀더의 재료가 "Deutsches Kupferinstitut"가 2012년에 발행한 공식 재료 데이터 시트 "CuNi10Fe1Mn"에서 인용된 재료에 상응한다. 인용된 재료의 이용은 매우 양호한 열 전도도 및 동시에 양호한 물에 대한 내성을 홀더로 제공한다.
대안적으로, 상기 홀더가 제 1 재료로 제조되고 그리고 상기 반사 지역 내의 제 2 재료의 코팅을 포함한다. 바람직하게, 상기 제 1 재료가 구리와 같은 양호한 열 전도도를 가지고, 상기 제 2 재료는 바람직하게 보다 내식적인 재료 및/또는 액체-포함 시스템 또는 평가되는 기능적 유닛의 재료 특성과 매칭되는(matching) 재료를 포함한다. 바람직하게, 코팅이 스테인리스 스틸로 제조된다. 바람직하게, 전기적 카트리지 히터로부터 홀더를 통해서 반사 벽으로의 열 전달의 효율이 증가되도록, 전기적 카트리지 히터가 상기 튜브의 길이방향 축에 평행하게 배열되는 방식으로, 상기 리세스가 제공된다.
바람직한 실시예에 따라서, 반사 유닛이 상기 가열 수단 및 상기 반사 벽을 상기 반사 벽을 둘러싸는 유체 용기의 벽으로부터 절연시키는 열 절연체를 포함하고, 바람직하게 상기 열 절연체가 상기 반사 벽과 상기 연결 조인트 사이에 제공되고 그리고 특히 바람직하게 상기 열 절연체가 상기 가열 수단을 적어도 부분적으로 캡슐화한다. 유리하게, 상기 열 절연체는 상기 가열 수단으로부터 상기 반사 벽을 둘러싸는 유체 용기의 벽으로의 열 전달을 적어도 부분적으로 방지하고, 그에 따라 상기 반사 벽의 온도를 높이기 위한 에너지 소비가 감소될 수 있다. 예를 들어, 열 절연체는, 예를 들어, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)과 같은 폴리머로 제조된다.
바람직하게, 상기 장치가 온도 센서를 포함하고, 상기 온도 센서는 바람직하게 상기 가열 수단과 상기 반사 지역 사이에 제공되고, 그에 따라 상기 반사 지역 내의 실제 온도가 측정 및 모니터링될 수 있고, 그에 따라 과열을 방지할 수 있고 및/또는 특정 기준 온도로 셋업할 수 있다. 바람직하게, 온도 센서가 반사 벽 내로 통합된다. 반사 벽의 외측 측부가, 상기 온도 센서를 적어도 부분적으로 둘러싸는 공동을 구비하는 것을 고려할 수 있을 것이다. 바람직하게, 장치가, 홀더 내부에 그리고 반사 벽 근처에 위치되는 2개의 온도 센서를 포함한다. 상기 2개의 온도 센서의 이용은 반사 벽에서의 온도의 결정을 가능하게 한다.
바람직한 실시예에 따라서, 침착물이 반사 지역 내에 위치되는지의 여부를 결정하기 위해서 및/또는 반사 지역 내의 침착물 층의 타입 및/또는 두께를 결정하기 위해서, 온도 센서에 의해서 측정된 온도의 분포를 분석하도록 구성된 분석 유닛을 장치가 포함한다. 유리하게, (온도 센서의 도움으로) 단순하게 반사 지역 내의 온도의 분포를 시간에 걸쳐서 모니터링하는 것에 의해서 침착물이 반사 지역 내에 위치되는지의 여부를 결정할 수 있는데, 이는 가열 파워가 일정하게 유지되는 경우에 그리고 침착물 층이 반사 지역 상에서 성장하는 경우에, 반사 벽의 유효 열 전도도가 변화(감소)될 수 있기 때문이고, 그러한 변화가 분석 유닛에 의해서 검출가능한 시간에 걸친 온도의 분포 내의 상응하는 신호를 유도할 수 있기 때문이다. 분포의 변화의 형상은 침착물의 타입에 대한, 예를 들어 물때 또는 파울링 침착물에 대한 추가적인 측정이 되는데, 이는 반사 벽(예를 들어, 금속으로 제조됨)과 파울링 사이의 열 전달 특성이 반사 벽(예를 들어, 금속으로 제조됨) 사이의 열 전달 특성과 상이하기 때문이다. 유사한 방식으로, 분포에서의 변화의 형상을 분석하는 것에 의해서 또는 실제 분포를 기준 분포(예를 들어, 기준 측정에서 결정된 것)와 비교하는 것에 의해서, 침착물 층의 두께가 또한 추정될 수 있다. 바람직하게, 물때 침착물의 층 두께가 초음파 반사 신호의 런 타임(run time)을 분석하는 것에 의해서 결정된다.
본원 발명의 다른 청구 대상은 유체 용기 내부의 반사 지역 내의 파울링 및/또는 물때 침착물을 검출하기 위한 방법이고, 상기 방법은 초음파 변환기에 의해서 상기 반사 지역을 향해서 초음파 방출 신호를 방출하는 단계 및 검출 수단에 의해서 상기 반사 지역의 지역 내의 초음파 방출 신호의 반사에 의해서 획득된 초음파 반사 신호를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 반사 지역의 온도가 가열 수단에 의해서 증가된다.
여기에서, 유리하게, 반사 지역 내의 온도를 능동적으로 제어할 수 있다. 결과적으로, 임의의 그리고 사용자-규정된 온도 조건 중의 침착물의 축적이 시뮬레이팅될 수 있다. 특히, 본원 발명에 따른 방법은, 상기 반사 지역 내의 상응하는 기능적 유닛 내부의 실제 온도 조건을 시뮬레이팅함으로써, 이러한 기능적 유닛 내에 측정 장치를 직접적으로 설치하지 않고도, 기능적 유닛의 내부의 침착물의 축적을 간접적으로 결정할 수 있게 허용한다.
바람직하게, 상기 반사 지역은 가열 수단으로부터의 직접적인 열 입력에 의해서 가열되고, 상기 열은 상기 가열 수단으로부터, 상기 반사 지역에 그리고 상기 가열 수단에 견고하게 커플링된 열 전도성 재료로 제조된 전도 수단을 통해서, 상기 반사 지역으로 전도된다. 여기에서, 비교적 효과적인 열 전달을 구축할 수 있고 그리고 에너지 소비를 감소시킬 수 있다.
본원 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 상기 반사 지역의 온도가 온도 센서에 의해서 측정된다. 바람직하게, 상기 가열 수단이 온도 센서에 의해서 결정되는 온도에 의존하여 제어되고, 바람직하게, 상기 온도 센서에 의해서 결정되는 온도가 미리 결정된 기준 값에 상응하는 방식으로, 상기 가열 수단이 제어된다. 유리하게, 상기 반사 지역의 온도가 희망하는 미리 결정된 기준 값으로 셋팅되고 및/또는 제어 루프에 의해서 기준 온도에서 유지된다. 바람직하게, 상기 기준 값은 모니터하고자 하는 상응하는 기능적 유닛 내부의 실제 온도를 측정하는 것에 의해서 결정되고, 그에 따라 상기 반사 지역 내의 온도가 항상 상기 기능적 유닛 내의 실제 온도에 상응하게 된다.
또한, 상기 방법은, 바람직하게, 파울링 및/또는 물때 침착물이 반사 지역 내에 침착되었는지를 분석하고 반사 지역 내의 파울링 및/또는 물때 침착물의 두께를 결정하는 단계를 포함한다. 특히 바람직하게, 상기 방법은 상기 반사 지역 내에 파울링 또는 물때 침착물이 침착되었는지의 여부를 구분할 수 있다.
본원 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 상기 가열 수단에 의해서 제공되는 가열 파워가 실질적으로 일정하게 유지되는 방식으로 상기 가열 수단이 제어된다. 전술한 바와 같이, 유리하게, (온도 센서의 도움으로) 단순히 시간에 걸쳐 반사 지역 내의 온도 분포를 모니터링하는 것에 의해서 침착물이 반사 지역 내에 위치되는지의 여부를 결정할 수 있는데, 이는 가열 파워가 일정하게 유지되는 경우에 그리고 침착물 층이 반사 지역 상에서 성장하는 경우에, 반사 벽의 유효 열 전도도가 변화될 수 있기 때문이고, 그러한 변화가 시간에 걸친 온도의 분포 내의 상응하는 검출 가능 신호를 유도할 수 있기 때문이다. 결과적으로, 온도 센서에 의해서 측정되는 온도의 분포가 바람직하게 분석 유닛에 의해서 분석되어, 침착물이 반사 지역 내에 위치되는지의 여부를 결정할 수 있고 및/또는 반사 지역 내의 침착물의 층 두께를 결정할 수 있고 및/또는 파울링 및/또는 물때 침착물이 반사 지역 내에 침착되었는지를 결정할 수 있다. 여기에서, 유리하게, 단순히 온도의 경로를 모니터링하는 것에 의해서 기능적 유닛의 내부에 침착물의 층이 침착되었는지를 평가할 수 있다. 만약 침착물이 검출된다면, 추가적으로 유리하게, 단순히 시간에 걸쳐 온도의 경로 중의 변화의 형상을 분석하는 것에 의해서, 기능적 유닛 내에 축적된 침착물의 타입(예를 들어, 파울링 또는 물때) 및 양(예를 들어, 두께)을 추정할 수 있다. 결과적으로, 필요한 경우에, 액체 매체 내로 그리고 액체-포함 시스템 내로 살생물제를 첨가하는 것과 같은, 적절한 대책 수단이 개시될 수 있다. 바람직하게, 물때 침착물의 층 두께가 초음파 반사 신호의 런 타임을 분석하는 것에 의해서 결정된다.
측정 유닛이 WO 2009/141135 A1에 개시된 바와 같이 동작하는 것을 고려할 수 있을 것이다. 본원 발명에 따른 방법 및 장치의 추가적인 실시예 및 상세 내용에 대해서는, 여기에서 참조로서 포함된 WO 2009/141135 A1의 개시 내용을 참조하였다.
본원 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 가열 수단에 의해서 제공되는 가열 파워가 실질적으로 일정하게 유지되는 방식으로 가열 수단이 제어되고, 상기 적어도 하나의 온도 센서에 의해서 측정되는 시간에 걸친 온도의 경로가 모니터링되고 그리고, 상기 시간에 걸친 온도의 경로 내의 변화가 검출될 때, 상기 반사 벽 상에서의 침착물의 축적이 결정되거나 통지된다. 만약 반사 벽의 온도가 일정하게 유지된다면, 반사 벽(8) 상에는 측정 가능한 침착물의 축적이 전혀 없는 것이다. 그러나, 액체 매체의 유량 및 온도뿐만 아니라, 가열 파워가 일정하게 유지되는 동안, 반사 벽의 온도가 시간에 걸쳐 변화된다면, 그러한 변화는 반사 벽 상에서 침착물의 층이 성장하였다는 것에 대한 표시인자가 되는데, 이는 침착물의 층이 홀더 및 반사 벽의 유효 열 전도도를 변화시키기 때문이다. 여기에서, 유리하게, 침착물의 종류에 관계없이, 반사 벽 상의 침착물의 축적을 검출할 수 있다. 시간에 걸친 온도 변화의 크기를 기초로, 생물막의 두께에 관한 정량적인 기술(statement)이 이루어질 수 있다.
본원 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 침착물의 축적이 결정되거나 통지된 경우에, 초음파 반사 신호의 런 타임이 기준 런 타임과 비교되고, 시간에 걸친 온도 경로의 변화 및 초음파 반사 신호의 런 타임과 기준 런 타임 사이의 차이 모두가 검출될 때, 물때 침착물의 축적이 결정되거나 통지되고, 그리고 시간에 걸친 온도 경로의 변화가 검출되고 그리고 초음파 반사 신호의 런 타임과 기준 런 타임 사이의 상당한 차이가 검출되지 않을 때, 파울링 침착물의 축적이 결정되거나 통지된다. 만약 측정된 런 타임 및 기준 런 타임이 서로 실질적으로 동일하다면, 초음파 방출 신호가 반사 벽에 의해서 반사되었고 그리고 침착물의 층에 의해서는 반사되지 않은 것이 아니다. 그럼에도 불구하고, 반사 벽 내의 결정된 온도 변화는 반사 벽 상의 침착물의 존재에 대한 측정이 된다. 이는, 반사 벽을 덮는 침착물의 층이 초음파 파동에 대해서 투과적이고 그에 따라 초음파 방출 신호를 반사하지 않는다는 것을 의미한다. 결과적으로, 침착물의 층이 주로 파울링 침착물(또한 유기 침착물로서 지칭된다)로 이루어져 있다는 것이 결정될 수 있다. 만약 측정된 런 타임이 기준 런 타임 보다 짧다면, 초음파 방출 신호가 침착물의 층의 상부 표면에 의해서 반사된 것이다. 이러한 경우에, 침착물의 층이 초음파 파동에 대해서 투과적이지 않은 것으로 결론지어질 수 있다. 이는, 침착물의 층이 무기 물질을 포함하는 물때 침착물로 이루어졌다는 것을 의미한다. 물때 침착물의 층 두께가, 물 내의 음속을 고려함으로써, 측정된 런 타임과 기준 런 타임 사이의 차이로부터 직접적으로 계산될 수 있다. 여기에서, 유리하게, 반사 벽 상의 임의 종류의 침착물의 존재를 검출할 수 있고, 반사 벽 상에 축적된 침착물(유기 또는 무기 침착물)의 타입을 결정할 수 있고, 그리고 반사 벽 상의 침착물의 층의 두께를 계산할 수 있다. 또한, 기능적 유닛 내부의 온도 조건이 시뮬레이팅될 수 있다.
본원 발명의 이러한 그리고 다른 특성, 특징 및 장점이 첨부 도면과 함께 설명된 이하의 구체적인 설명으로부터 자명해질 것이고, 상기 도면은, 예로서, 본원 발명의 원리를 도시한다. 그러한 설명은 단지 예로서 주어진 것이고, 본원 발명의 범위를 제한하지 않는다. 이하에서 설명된 참조 도면은 첨부 도면을 지칭한다.
도 1은 본원 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 파울링 및/또는 물때 침착물을 검출 및 분석 하기 위한 장치 및 방법을 도시한다.
도 2a, 2b 및 2c 는 본원 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 파울링 및/또는 물때 침착물을 검출하기 위한 장치를 도시한다.
도 3a, 3b 및 3c 는 본원 발명의 예시적인 제 3 실시예에 따른 파울링 및/또는 물때 침착물을 검출하기 위한 장치를 도시한다.
도 4는 본원 발명의 예시적인 제 4 실시예에 따른 파울링 및/또는 물때 침착물을 검출하기 위한 장치의 홀더를 도시한다.
도 2a, 2b 및 2c 는 본원 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 파울링 및/또는 물때 침착물을 검출하기 위한 장치를 도시한다.
도 3a, 3b 및 3c 는 본원 발명의 예시적인 제 3 실시예에 따른 파울링 및/또는 물때 침착물을 검출하기 위한 장치를 도시한다.
도 4는 본원 발명의 예시적인 제 4 실시예에 따른 파울링 및/또는 물때 침착물을 검출하기 위한 장치의 홀더를 도시한다.
본원 발명은 특별한 실시예에 대해서 그리고 특정 도면을 참조하여 설명될 것이나, 본원 발명은 그에 의해서 제한되지 않고 청구항에 의해서만 제한된다. 개시된 도면은 도식적일 뿐이고 그리고 비-제한적이다. 도면에서, 설명을 위해서, 일부 요소의 크기가 과장되어 있을 수 있고 그리고 실척으로(scale) 도시되어 있지 않을 수 있다.
단수형 명사를 언급할 때 정관사 또는 부정관사(예를 들어 "a", "an", "the")가 이용되는 곳에서, 특별한 다른 설명이 구체적으로 진술되지 않은 경우에, 이는 복수의 명사를 포함한다.
또한, 상세한 설명 및 청구항의 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 유사한 요소들 사이의 구분을 위해서 사용된 것이고, 반드시 순차적인 또는 연대적인 순서를 설명하기 위한 것은 아니다. 그렇게 사용된 용어가, 적절한 상황하에서, 상호 교환적으로 사용될 수 있다는 것 그리고 여기에서 설명된 본원 발명의 실시예가 여기에서 예시적으로 설명된 것과 다른 순서로 동작할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1에서, 본원 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 액체-포함 시스템(4) 내부의 파울링 및/또는 물때 침착물(2)을 검출하기 위한 장치(1)가 도시되어 있다. 본 예에서, 액체-포함 시스템(4)은 제지 플랜트의 일부이다. 액체-포함 시스템(4)은 액체 매체(23)를 기능적 유닛(22) 내로 안내하기 위한 중공형 유체 파이프를 포함하고, 상기 기능적 유닛(22)은, 예를 들어, 열 교환기 또는 보일러이다. 상기 장치(1)는 측정 유닛(16) 및 반사 유닛(11)을 포함한다. 상기 측정 유닛(16) 및 반사 유닛(11)은 서로 대면하는 액체-포함 시스템(4)의 대향 측부들 상에 위치된다. 측정 유닛(16)은 초음파 변환기(5) 및 검출 수단(6)을 포함한다. 초음파 방출 신호(20)가 초음파 변환기(5)에 의해서 반사 지역(3)을 향해서 그리고 반사 유닛(11)을 향해서 방출되고, 상기 반사 유닛은 상기 반사 지역(3) 내에 배치된 반사 벽(8)을 포함한다. 반사 벽(8) 상으로 상기 반사 지역(3)의 지역 내에서 축적된 파울링 및/또는 물때 침착물(2)을 검출 및 분석하기 위해서, 반사 지역(3) 내에서의 초음파 방출 신호(20)의 반사를 통해서 발생된 초음파 반사 신호(21)가 검출 수단(6)에 의해서 검출되고 그리고 분석 유닛(19)에 의해서 분석된다. 반사 벽(8)이 액체-포함 시스템(4)의 벽 부분으로서 기능하고, 측정 유닛(16)과 대면하는 반사 벽(8)의 내측 측부(9)가 실제 분위기 조건에 따라서 물때 및/또는 파울링 침착물(2)로 덮여질 수 있을 것이다. 만약 침착물(2)이 반사 벽(8) 상에 축적되지 않았다면, 반사 벽(8)의 내측 측부(9)가 초음파 신호에 대한 반사 표면으로서 주로 역할한다. 만약 물때 및/또는 파울링 침착물(2)이 반사 벽(8)을 덮었다면, 초음파 신호가 침착물(2)의 표면에서 적어도 부분적으로 반사된다.
반사 지역(3)의 지역 내의 특정 온도 조건을 시뮬레이팅하기 위해서, 반사 유닛(11)이 반사 지역(3) 내의 온도를 높이기 위한 가열 수단(7)을 포함한다. 이러한 예에서, 가열 수단(7)이 전기 카트리지 히터를 포함한다. 카트리지 히터는, 바람직하게 금속과 같은 열 전도성 재료로 제조된 열 전도 수단(7')에 의해서 적어도 부분적으로 캡슐화된다. 특히, 전도 수단(7')이 카트리지 히터 및 반사 벽(8)의 내측 측부 모두에 견고하게 커플링되어, 카트리지 히터로부터 반사 벽(8)으로 효과적인 열 전달을 제공한다. 히터 수단(7)이, 전도 수단(7')에 의해서, 측정 유닛(16)으로부터 멀어지는 쪽으로 대면하는 반사 벽(8)의 외측 측부(10)에 연결된다. 가열 수단(7)의 가열 파워가 시간에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지되는 방식으로, 히터 수단(7)이 제어된다.
또한, 장치(1)의 반사 유닛(11)은, 반사 지역(3)과 반사 벽(8)의 공동 내의 가열 수단(7) 사이에 제공된 온도 센서(15)를 포함한다. 상기 온도 센서(15)는 반사 벽(8)의 지역 내의 온도를 계속적으로 또는 불연속적으로 측정한다. 장치(1)는, 선택적으로, 시간에 걸친 온도의 분포를 분석하기 위한 분석 유닛(25)을 포함하고, 그에 따라 침착물(2)이 반사 지역(3) 내에 위치되는지의 여부를 결정한다. 분석 유닛(25)은, 액체 내의 온도 변경에만 의존하지 않는, 온도 분포의 변화가 발생하는지를 평가한다. 만약 그와 같은 온도의 분포 변화가 발생된다면, 반사 벽(8) 상의 침착물(2)의 존재가 결정될 수 있다. 만약 분석 유닛(25)이 침착물(2)의 축적을 검출한다면, 침착물(2)의 타입 및 두께가 온도 분포 변화의 형상을 기초로 추정된다.
결과적으로, 가열 수단(7)에 의해서 반사 벽(8)의 온도를 증가시킬 수 있고, 그에 따라 기능적 유닛(22) 내부의 실제 온도 조건이 반사 벽(8)의 일부에서 능동적으로 시뮬레이팅될 수 있을 것이다. 만약 반사 벽(8)의 지역 내의 유효 온도가, 예를 들어, 기능적 유닛(22)의 내부의 온도 센서(미도시)에 의해서 측정된 기능적 유닛(22) 내부의 실제 온도까지 높아진다면, 반사 벽(8) 상의 침착물(2)의 축적이 기능적 유닛(22) 내부의 침착물(2)의 축적과 매우 유사하게 된다. 결과적으로, 비록 장치(1)가 기능적 유닛(22)의 내부에 위치되지 않지만, 기능적 유닛(22) 내의 파울링 및/또는 물때 침착물(2)의 축적이 측정 유닛(16)에 의해서 정확하게 측정될 수 있다.
만약 파울링 또는 물때 침착물(2)의 존재가 검출된다면, 액체 매체(23) 내로 그리고 액체-포함 시스템(4) 내로 살생물제를 첨가하는 것과 같은 적절한 대책 수단을 개시하기 위한 상응하는 제어 신호가 생성된다. 바람직하게, 상기 제어 신호는 침착물(2)의 타입(물때 또는 파울링) 및 결정된 침착물(2)의 층 두께에 의존한다. 상기 제어 신호는, 예를 들어, 파울링 침착물(2)의 두꺼운 층이 결정되는 경우에, 액체 매체(23) 내에서 높은 농도의 살생물제를, 그리고 파울링 침착물(2)의 얇은 층이 결정되는 경우에, 낮은 농도의 살생물제를 개시한다. 적절한 양의 살생물제를 액체 매체(23) 내로 펌핑하기 위해서, 하나 이상의 펌프(미도시)가 제어 신호에 의해서 직접적으로 제어되는 것을 고려할 수 있다. 대안적으로, 액체 매체(23) 내로 상응하는 양의 살생물제를 유도하기 위해서, 하나 이상의 밸브(미도시)가 제어 신호에 의해서 제어된다. 바람직하게, 장치(1)가, 예를 들어, 기록, 모니터링, 제어 또는 유지보수 목적을 위해서, 통신 네트워크를 통해서 제어 신호 및/또는 측정된 데이터를 전달하는 통신 네트워크 인터페이스(24)를 포함한다.
도 2a, 2b 및 2c에서, 본원 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 파울링 및/또는 물때 침착물(2)을 검출하기 위한 장치(1)가 도시되어 있다. 원칙적으로, 장치(1)의 제 2 실시예가 도 1에 도시된 제 1 실시예와 유사한 반면, 제 2 실시예에 따른 장치(1)의 반사 유닛(11)은 연결 조인트(12) 및 밀봉 수단(13)의 도움에 의해서 상기 액체-포함 시스템(4)에 연결된다. 상기 연결 조인트(12)는 스크류 조인트를 포함하고, 그에 따라 단순히 반사 벽(8)을 액체-포함 시스템(4)의 벽 내의 개구부에 삽입하고 액체-포함 시스템(4)의 벽으로 나사체결하는 것에 의해서, 상기 반사 유닛(11)이 장착될 수 있다. 상기 액체-포함 시스템(4) 내의 개구부를 밀봉하기 위해서, 반사 벽(8)과 상기 반사 벽(8)을 둘러싸는 액체-포함 시스템(4)의 벽 사이에 밀봉 수단(13)이 제공된다. 상기 밀봉 수단(13)은 액체-포함 시스템(4)의 벽 내의 홈에 위치된 o-링 형태의 밀봉-링을 포함한다. 반사 유닛(11)은, 가열 수단(7)으로부터 반사 벽을 둘러싸는 액체-포함 시스템(4)의 벽으로 열이 전달되는 것을 방지하기 위해서 열 전도 수단(7')을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 열 절연체(14)를 더 포함한다. 특히, 열 절연체(14)는 열 전도 수단(7')과 연결 조인트(12) 사이에 그리고 반사 벽(8)과 밀봉 수단(13) 사이에 부분적으로 제공된다. 액체-포함 시스템(4)은, 유입 피팅(18) 및 유출 피팅(19)을 가지는 튜브(17)가 기능적 유닛(22)에, 또는 산업 플랜트의 파이프라인 내에 나사식으로 피팅되도록 디자인된다. 대안적으로, 전기 패널 히터(미도시)가 가열 수단(7)으로서 이용될 수 있고, 상기 반사 벽(8)의 내측 측부(9)가 상기 전기 패널 히터의 가열 패널에 직접적으로 커플링된다.
도 3a, 3b 및 3c에서, 본원 발명의 예시적인 제 3 실시예에 따른 파울링 및/또는 물때 침착물(2)을 검출하기 위한 장치(1)가 도시되어 있다. 장치(1)는 유입 피팅(18) 및 유출 피팅(19)을 가지는 튜브(17)를 포함한다. 상기 튜브(17)는 예를 들어 제지 플랜트(미도시)의 액체-포함 시스템(4) 내로 통합된다. 액체-포함 시스템(4)은, 예를 들어, 제지 플랜트의 열 교환기 또는 보일러인 기능적 유닛(22) 내로 액체 매체(23)를 안내하기 위한 중공형 유체 파이프를 포함한다. 상기 액체 매체(23)가 또한 상기 튜브(17)를 통해서 적어도 부분적으로 유동한다.
도 3a는 장치(1)의 분해도의 횡단면을 도시하는 한편, 도 3b는 튜브(17)의 길이방향에 수직인 상기 장치(1)의 횡단면을 도시하고, 그리고 도 3c는 튜브(17)의 길이방향에 평행한 상기 장치(1)의 횡단면을 도시한다.
본 예에서, 튜브(17)가 직사각형 횡단면을 가진다. 튜브 벽(28)은, 상기 튜브(17)의 대향 측부들 상에 제공된, 제 1 개구부(26) 및 제 2 개구부(27)를 포함한다. 장치(1)는, 상기 제 1 개구부(26) 내부에 부분적으로 위치되는 측정 유닛(16)을 포함한다. 측정 유닛(16)은, 제 1 밀봉 링(30)에 의해서 튜브 벽(28)의 외측 표면에 밀봉된 플랜지(29)를 가진다. 또한, 장치(1)가 제 2 개구부(27) 내부에 부분적으로 위치되는 반사 유닛(11)을 포함한다. 측정 유닛(16) 및 반사 유닛(11)이 튜브(17)의 대향 측부들 상에 위치된다. 반사 유닛(11)이, 측정 유닛(16)과 대면하는 반사 지역(3)을 포함한다.
원칙적으로, 측정 유닛(16)은 도 1 및 2a 내지 2c를 기초로 설명된 측정 유닛(16)과 동일한 디자인을 가진다. 측정 유닛(16)은 초음파 변환기(5) 및 검출 수단(6)을 포함한다. 초음파 방출 신호(20)가 초음파 변환기(5)에 의해서 반사 지역(3)을 향해서 그리고 상기 반사 지역(3) 내부에 위치되는 반사 벽(8)을 포함하는 반사 유닛(11)을 향해서 방출된다. 반사 벽(8)이 또한 제 2 개구부(27) 내부에 위치된다. 반사 벽(8) 상에 축적된 파울링 및/또는 물때 침착물(2)을 검출 및 분석하기 위해서, 반사 지역(3) 내의 초음파 방출 신호(20)의 반사를 통해서 발생된 초음파 반사 신호(21)가 검출 수단(6)에 의해서 검출되고 분석 유닛(19)에 의해서 분석된다. 반사 벽(8)이 액체-포함 시스템(4)의 벽 부분으로서 기능하고, 그에 따라 측정 유닛(16)과 대면하는 반사 벽(8)의 내측 측부(9)가 액체-포함 시스템(4) 내의 실제 분위기 조건에 따라서 물때 및/또는 파울링 침착물(2)로 덮일 수 있을 것이다.
반사 유닛(11)의 디자인은 도 1 및 2a 내지 2c에 도시된 디자인과 상이하다. 반사 유닛(11)은 반사 지역(3) 내의 온도를 높이기 위한 가열 수단(7)을 포함하고, 그에 따라 특정 온도 조건, 특히 기능적 유닛(22) 내부의 온도 조건이 반사 지역(3) 내에서 시뮬레이팅될 수 있다. 가열 수단(7)은, 전기 카트리지 히터의 가열된 표면으로부터 반사 지역 내로의 보다 효과적인 열 입력을 달성하기 위해서 튜브(17)의 주요 축에 평행하게 배열된 원통형 전기 카트리지 히터를 포함한다. 원통형 전기 카트리지 히터가 카트리지 히터를 고정하고 열 전도 수단(7')으로서 작용하는 홀더(31)의 리세스 내로 통합된다. 홀더(31)는 열 전도 수단(7')으로서의 역할을 한다. 특히, 홀더(31)가 비교적 양호한 열 전도도를 가지는 금속으로, 예를 들어, 철, 스테인리스 스틸, 구리 및/또는 황동으로 제조된다. 본 예에서, 홀더(31)가 구리, 니켈, 철의 합금(CuNiFe), 바람직하게 구리, 니켈, 철 및 망간의 합금(CuNi10Fe1.6Mn)으로 제조된다. CuNiFeMn 재료는, 물에 대한 비교적 큰 내성 및 동시에 양호한 열 전도도를 보장한다. 홀더(31)의 일 측부가 제 2 개구부(27) 내부에 위치되는 반사 벽(8)을 포함하고, 그에 따라 상기 전기 카트리지 히터에 의해서 발생되는 열이 상기 홀더(31) 내의 열 전도에 의해서 반사 벽(8)으로 직접적으로 전달된다.
홀더(31)의 플랜지(35)가 캐리어(32)에 의해서 지지된다. 바람직하게 합성 또는 세라믹 재료로 제조되는 캐리어(32)는, 홀더(31)로부터 튜브 벽(28)으로의 열 전달을 감소시키기 위한 열 절연체(14)로서의 역할을 한다. 캐리어(32)가 또한 제 2 개구부(27) 내에 제공되고 그리고, 반사 벽(8)이 내부에 위치되는 제 3 개구부(33)를 포함한다. 홀더(31)의 플랜지(35)가 제 2 밀봉 링(34)에 의해서 캐리어(32)의 내측 표면에 대해서 밀봉된다. 캐리어(32)가 제 3 밀봉 링(36)에 의해서 튜브(17)의 외측 표면에 대해서 밀봉된다. 캐리어(32)가 스크류(38)에 의해서 하우징(37)에 연결된다. 캐리어(32) 및 하우징(37)이, 반사 벽(8)을 제외하고, 카트리지 히터와 함께 홀더(31)를 완전히 캡슐화한다. 홀더(31)의 플랜지(35)가 제 4 밀봉 링(39)에 의해서 하우징(37)에 대해서 밀봉된다. 또한, 홀더(31)의 플랜지(35)가, 스크류(38)에 의해서 함께 프레싱되는, 하우징(37)과 캐리어(32) 사이에 클램핑된다. 제 2 밀봉 링(34), 제 3 밀봉 링(36) 및 제 4 밀봉 링(39)은 하우징(37) 내로 물이 유입되지 않게 보장하고 그리고 카트리지 히터와 접촉하지 않게 보장한다. 상기 하우징(37)은 서비스 개구부(40)를 포함하고, 상기 서비스 개구부를 통해서 전원 및 제어 케이블이 연장된다. 하우징(37)의 내부에, 부가적인 밀봉 수단(41), 예를 들어 물 배리어가 제공된다. 전체 장치(1)가 비교적 콤팩트하다. 측정 유닛(16) 및 반사 유닛(11)은 측정 유닛(16)으로부터 반사 유닛(11)까지 튜브(17)의 옆에서 그리고 튜브(17)를 지나서 연장하는 스크류 등과 같은 고정 수단(미도시)에 의해서 튜브(17)에 대해서 프레싱된다.
장치(1)는, 반사 벽(8)의 온도를 정확하게 결정하기 위해서 반사 벽(8) 근처에 제공된 2개의 온도 센서(미도시)를 포함한다. 장치(1)가 반사 벽(8)을 통과하는 액체 매체(23)의 온도를 측정하는 센서를 포함한다. 또한, 장치(1)가, 튜브(17)를 통한 액체 매체(23)의 유량을 측정하는 유량계를 구비할 수 있다. 장치(1)는, 침착물(2)의 층이 반사 벽(8) 상에 침착되었는지를 결정하기 위해서, 그리고 침착물(2)의 존재가 검출된 경우에, 파울링 또는 물때 침착물(2)이 반사 벽(8)에 축적되었는지를 구분하기 위해서, 적어도 온도 센서의 온도 데이터 및 측정 유닛(16)의 측정 데이터를 분석하기 위한 분석 유닛(24)을 포함한다.
이하에서는, 제 3 실시예에 따른 장치(1)로 어떻게 침착물(2)을 검출하고 그리고 어떻게 상이한 종류의 침착물(2)을 구분하는지를 설명한다: 액체 매체(23)가 튜브(17)를 통과한다. 전기 카트리지 히터가 스위치 온되고 그리고, 반사 벽(8)의 온도가 희망 온도로 셋팅되는 방식으로 제어된다. 상기 희망 온도는, 예를 들어, 기능적 유닛(22) 내부의 열 전달 표면의 실제 작업 온도에 상응한다. 그 후에, 가열 파워가 일정하게 유지되고 그리고 시간에 걸친 반사 벽(8)의 온도 경로가 모니터링된다. 만약 온도가 일정하게 유지된다면, 반사 벽(8) 상에는 측정가능한 침착물(2)의 축적이 전혀 없는 것이 된다. 그러나, 액체 매체(23)의 온도 및 유량이 일정하게 유지되는 동안, 반사 벽(8)의 온도가 시간에 걸쳐 변화된다면, 그러한 변화는 반사 벽(8) 상에서 침착물(2)의 층이 성장되었다는 것에 대한 표시인자가 되는데, 이는 침착물(2)의 층이 홀더(31)의 유효 열 전도도를 변화시키기 때문이다. 다시 말해서, 분석 유닛(16)은, 시간에 걸친 반사 벽(8)의 온도 변화를 검출함으로써, 가열된 반사 벽(8) 상의 침착물(2)의 존재를 통지한다.
침착물(2)의 존재가 검출될 때, 측정 유닛(16)은, 초음파 반사 신호(21)의 런 타임을 분석함으로써, 침착물(2)의 층의 두께를 결정하는 것을 시작할 것이다. 측정 유닛(16)은, 반사 벽(8)을 향해서 튜브(17)를 가로질러 초음파 방출 신호(20)를 방출하는 초음파 변환기(5)를 포함한다. 초음파 방출 신호(20)는, 반사 벽(8)에 의해서 또는 반사 벽(8)을 덮는 침착물(2)의 층에 의해서, 반사 지역(3)에서 초음파 변환기(5)로 다시 반사된다. 반사된 신호는 검출 수단(6)에 의해서 측정되는 초음파 반사 신호(21)로서 지칭된다. 초음파 반사 신호(21)의 런 타임이 결정되고 그리고 기준 런 타임에 대해서 비교된다. 기준 런 타임은, 동일한 조건 하에서 반사 지역(3) 내에 침착물(2)의 축적이 없을 경우의 초음파 반사 신호의 런 타임에 상응한다. 예를 들어, 기준 런 타임은, 장치(1)가 액체-포함 시스템(4) 내로 통합된 직후에 그리고 홀더(31)가 희망 온도로 가열된 후에 측정 유닛(16)에 의해서 초기에 측정된다. 이때, 반사 벽(8) 상에서의 침착물(2)의 성장은 아직 발생하지 않았다.
만약 측정된 런 타임 및 기준 런 타임이 서로 실질적으로 동일하다면, 초음파 방출 신호(20)가 반사 벽(8)에 의해서 반사되나 침착물(2)의 층에 의해서는 반사되지 않은 것이다. 그럼에도 불구하고, 반사 벽(8)에서의 결정된 온도 변화는 반사 벽(8) 상의 침착물(2)의 존재에 대한 측정이 된다. 이는, 반사 벽(8)을 덮는 침착물(2)의 층이 초음파 파동에 대해서 투과적이고 그에 따라 초음파 방출 신호(20)를 반사하지 않는다는 것을 의미한다. 결과적으로, 침착물(2)의 층이 파울링 침착물(또한 유기 침착물로 지칭된다)로 주로 이루어 졌다는 것이 결정될 수 있다. 특히, 침착물(2)의 층이 생물막일 것이다. 시간에 걸친 온도 변화의 크기를 기초로, 생물막의 두께에 대한 정량적인 기술(statement)이 이루어질 수 있다.
만약 측정된 런 타임이 기준 런 타임 보다 짧다면, 초음파 방출 신호(20)가 침착물(2)의 층의 상부 표면에 의해서 반사된 것이다. 침착물(2)의 층이 초음파 파동에 대해서 투과적이지 않은 것으로 결론지어질 수 있다. 이는, 침착물(2)의 층이 무기 물질을 포함하는 물때 침착물로 이루어졌다는 것을 의미한다. 물때 침착물의 층 두께가, 물 내의 음속을 고려함으로써, 측정된 런 타임과 기준 런 타임 사이의 차이로부터 직접적으로 계산될 수 있다.
요약하면, 설명된 장치(1) 및 방법은 반사 벽(8) 상의 임의 침착물(2)의 존재를 검출할 수 있게 하고, 반사 벽(8) 상에 축적된 침착물(2)(유기 또는 무기 침착물)의 타입을 결정할 수 있게 하고, 그리고 반사 벽(8) 상의 침착물(2)의 층의 두께를 계산할 수 있게 한다. 또한, 기능적 유닛(22) 내부의 온도 조건이 시뮬레이팅될 수 있다.
만약 침착물(2)의 존재가 검출되고 침착물(2)의 층의 타입 및 두께가 결정된다면, 액체 매체(23) 내로 그리고 액체-포함 시스템(4) 내로 살생물제를 첨가하는 것과 같은 적절한 대책 수단을 개시하기 위한 상응하는 제어 신호가 생성된다. 바람직하게, 상기 제어 신호는 침착물(2)의 타입(물때 또는 파울링) 및 결정된 침착물(2)의 층 두께에 의존한다. 상기 제어 신호는, 예를 들어, 파울링 침착물(2)의 두꺼운 층이 결정되는 경우에, 액체 매체(23) 내에서 높은 농도의 살생물제를, 그리고 파울링 침착물(2)의 얇은 층이 결정되는 경우에, 낮은 농도의 살생물제를 개시한다. 적절한 양의 살생물제를 액체 매체(23) 내로, 그리고 특히 기능적 유닛(22)을 향해 펌핑하기 위해서, 하나 이상의 펌프(미도시)가 제어 신호에 의해서 직접적으로 제어되는 것을 고려할 수 있다. 대안적으로, 액체 매체(23) 내로 상응하는 양의 살생물제를 유도하기 위해서, 하나 이상의 밸브(미도시)가 제어 신호에 의해서 제어된다. 바람직하게, 장치(1)가, 예를 들어, 기록, 모니터링, 제어 또는 유지보수 목적을 위해서, 통신 네트워크를 통해서 제어 신호 및/또는 측정된 데이터를 전달하는 통신 네트워크 인터페이스(24)를 포함한다.
도 4에서, 본원 발명의 예시적인 제 4 실시예에 따른 장치(1)의 홀더(31)의 상세도가 도시되어 있다. 원칙적으로, 제 4 실시예는 제 3 실시예에 상응하고, 홀더(31)가 구리와 같은 고전도성 금속으로 제조되고, 상기 홀더(31)의 반사 벽(8)이, 스테인리스 스틸과 같은, 보다 내식적인 재료를 포함하는 코팅(42)을 포함한다. 또한, 상기 코팅(42)이, 모방하고자 하는 액체-포함 시스템 및/또는 열교환기의 실제 금속과 매칭되는 재료, 예를 들어 스테인리스 스틸로 제조되는 것을 고려할 수 있다.
1 장치
2 침착물
3 반사 지역
4 액체-포함 시스템
5 초음파 변환기
6 검출 수단
7 가열 수단
7' 열 전도 수단
8 반사 벽
9 내측 측부
10 외측 측부
11 반사 유닛
12 연결 조인트
13 밀봉 수단
14 열 절연체
15 온도 센서
16 측정 유닛
17 튜브
18 유입 피팅
19 유출 피팅
20 초음파 방출 신호
21 초음파 반사 신호
22 기능적인 유닛
23 액체 매체
24 통신 네트워크 인터페이스
25 분석 유닛
26 제 1 개구부
27 제 2 개구부
28 튜브 벽
29 측정 유닛의 플랜지
30 제 1 밀봉 링
31 홀더
32 캐리어
33 제 3 개구부
34 제 2 밀봉 링
35 홀더의 플랜지
36 제 3 밀봉 링
37 하우징
38 스크류
39 제 4 밀봉 링
40 서비스 개구부
41 밀봉 수단
42 코팅
2 침착물
3 반사 지역
4 액체-포함 시스템
5 초음파 변환기
6 검출 수단
7 가열 수단
7' 열 전도 수단
8 반사 벽
9 내측 측부
10 외측 측부
11 반사 유닛
12 연결 조인트
13 밀봉 수단
14 열 절연체
15 온도 센서
16 측정 유닛
17 튜브
18 유입 피팅
19 유출 피팅
20 초음파 방출 신호
21 초음파 반사 신호
22 기능적인 유닛
23 액체 매체
24 통신 네트워크 인터페이스
25 분석 유닛
26 제 1 개구부
27 제 2 개구부
28 튜브 벽
29 측정 유닛의 플랜지
30 제 1 밀봉 링
31 홀더
32 캐리어
33 제 3 개구부
34 제 2 밀봉 링
35 홀더의 플랜지
36 제 3 밀봉 링
37 하우징
38 스크류
39 제 4 밀봉 링
40 서비스 개구부
41 밀봉 수단
42 코팅
Claims (19)
- 액체-포함 시스템(4) 내부의 반사 지역(3) 내의 침착물(2)을 검출하기 위한 장치(1)이며,
반사 지역(3)을 향해서 초음파 방출 신호(20)를 방출하기 위한 초음파 변환기(5) 및 반사 지역(3)의 지역 내의 초음파 방출 신호(20)의 반사에 의해서 얻어지는 초음파 반사 신호(21)를 검출하기 위한 검출 수단(6)을 포함하고, 장치는 반사 지역(3)의 온도를 증가시키기 위한 가열 수단(7)을 더 포함하는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
가열 수단(7)은 반사 지역(3)으로 직접적으로 커플링되고, 바람직하게 가열 수단(7)은 열 전도성 재료로 제조된 전도 수단(7')에 의해서 반사 지역(3)에 대해서 견고하게 커플링되는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
장치(1)는 반사 벽(8)을 포함하고, 반사 지역(3)은 적어도 부분적으로 반사 벽(8)에 의해서 제공되고, 바람직하게 반사 벽(8)은 액체-포함 시스템(4)의 벽 부분을 포함하고 및/또는 액체-포함 시스템(4)의 벽 부분으로서 적어도 작용하는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 제 3 항에 있어서,
열 전도 수단(7')은 리세스를 가지는 홀더(31)를 포함하고, 가열 수단(7)은 리세스 내에 수용되고, 열 전도 수단(7')은 반사 벽(8)을 포함하고, 반사 벽(8)의 내측 측부(9)가 초음파 변환기(5)와 대면하는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 제 4 항에 있어서,
장치(1)는 가열 수단(7), 열 전도 수단(7') 및 반사 벽(8)을 포함하는 반사 유닛(11)을 포함하고, 반사 유닛(11)은 반사 벽(8)이 액체-포함 시스템(4)의 벽 내의 개구부 내로 돌출하는 방식으로 액체-포함 시스템(4)에 탈착식으로 연결되는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 제 5 항에 있어서,
반사 유닛(11)은 연결 조인트(12), 특히 스크류 조인트에 의해서 액체-포함 시스템(4)에 연결되고, 바람직하게 밀봉 수단(13)이 반사 벽(8)과 반사 벽(8)을 둘러싸는 액체-포함 시스템(4)의 벽 사이에 제공되는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
반사 유닛(11)은 반사 벽(8)을 둘러싸는 액체-포함 시스템(4)의 벽으로부터 가열 수단(7) 및 반사 벽(8)을 절연시키는 열 절연체(14)를 포함하고, 바람직하게 열 절연체(14)는 반사 벽(8)과 연결 조인트(12) 사이에 제공되고 및/또는 열 절연체(14)는 가열 수단(7)을 적어도 부분적으로 캡슐화하는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
홀더(31)는 구리를 포함하거나 구리로 제조되고, 바람직하게 홀더(31)는 구리, 니켈 및 철을 포함하는 합금(CuNiFe), 특히 바람직하게 구리, 니켈, 철 및 망간을 포함하는 합금(CuNiFeMn)을 포함하거나 상기 합금으로 제조되는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 제 8 항에 있어서,
홀더(31)는 제 1 재료로 제조되고, 반사 지역(3) 내의 제 2 재료의 코팅(42)을 포함하고, 바람직하게 제 1 재료는 큰 전도도 금속이고, 그리고 제 2 재료는 바람직하게 액체-포함 시스템(4) 또는 평가되는 기능적 유닛의 재료에 상응하는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
장치(1)는 적어도 하나의 온도 센서(15)를 포함하고, 온도 센서(15)는 바람직하게 가열 수단(7)과 반사 지역(3) 사이에 제공되고, 바람직하게 온도 센서(15)는 반사 벽(8) 근처에 제공되거나 반사 벽(8)으로 통합되는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
장치(1)는 초음파 변환기(5) 및 검출 수단(6)을 포함하는 측정 유닛(15)을 포함하고, 측정 유닛(16)은 측정 유닛(16) 및 반사 유닛(11)이 액체-포함 시스템(4)의 대향 측부들에 위치되는 방식으로 액체-포함 시스템(4)에 탈착 가능하게 연결되는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
장치(1)는 침착물(2)이 반사 지역(3) 내에 위치되는지의 여부를 결정하기 위해서 및/또는 반사 지역(3) 내의 침착물(2)의 층의 타입 및/또는 두께를 결정하기 위해서, 온도 센서(15)에 의해서 측정된 온도의 분포를 분석하도록 구성된 분석 유닛(25)을 포함하는
침착물을 검출하기 위한 장치(1). - 특히 액체-포함 시스템(4) 내부의, 반사 지역(3) 내의 파울링 및/또는 물때 침착물(2)을 검출하기 위한 방법이며,
초음파 변환기(5)에 의해서 반사 지역(3)을 향해서 초음파 방출 신호(20)를 방출하는 단계, 및 검출 수단(6)에 의해서 반사 지역(3)의 지역 내의 초음파 방출 신호(20)의 반사에 의해서 획득된 초음파 반사 신호(21)를 검출하는 단계를 포함하고, 반사 지역(3)의 온도가 가열 수단(7)에 의해서 증가되는
침착물을 검출하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
반사 지역(3)은 가열 수단(7)으로부터의 직접적인 열 입력에 의해서 가열되고, 바람직하게 열은 가열 수단(7)으로부터, 반사 지역(3)에 그리고 가열 수단(7)에 견고하게 커플링된 열 전도성 재료로 제조된 전도 수단(7')을 통해서 반사 지역(3)으로 전도되는
침착물을 검출하기 위한 방법. - 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
반사 지역(3)의 온도는 적어도 하나의 온도 센서(15)에 의해서 측정되는
침착물을 검출하기 위한 방법. - 제 15 항에 있어서,
가열 수단(7)은 온도 센서(15)에 의해서 결정되는 온도에 의존하여 제어되고, 가열 수단(7)은 온도 센서(15)에 의해서 결정되는 온도가 기준 값에 상응하는 방식으로 제어되는
침착물을 검출하기 위한 방법. - 제 16 항에 있어서,
침착물(2)이 반사 지역(3) 내에 위치되는지의 여부를 결정하기 위해서 및/또는 반사 지역(3) 내의 침착물(2)의 층의 타입 및/또는 두께를 결정하기 위해서, 온도 센서(15)에 의해서 측정된 온도의 분포가 분석 유닛(25)에 의해서 분석되는
침착물을 검출하기 위한 방법. - 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
가열 수단(7)은 가열 수단(7)에 의해서 제공되는 가열 파워가 실질적으로 일정하게 유지되는 방식으로 제어되고, 적어도 하나의 온도 센서(15)에 의해서 측정되는 시간에 걸친 온도의 경로가 모니터링되고 그리고, 시간에 걸친 온도의 경로 내의 변화가 검출될 때, 반사 벽(8) 상에서의 침착물(2)의 축적이 결정되는
침착물을 검출하기 위한 방법. - 제 18 항에 있어서,
침착물(2)의 축적이 결정된 경우에, 초음파 반사 신호(21)의 런 타임이 기준 런 타임과 비교되고, 시간에 걸친 온도 경로의 변화 및 초음파 반사 신호(21)의 런 타임과 기준 런 타임 사이의 차이 모두가 검출될 때, 물때 침착물(2)의 축적이 결정되고, 그리고 시간에 걸친 온도 경로의 변화가 검출되고 그리고 초음파 반사 신호(21)의 런 타임과 기준 런 타임 사이의 상당한 차이가 검출되지 않을 때, 파울링 침착물(2)의 축적이 결정되는
침착물을 검출하기 위한 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP11010108.6 | 2011-12-22 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020147019990A KR102027608B1 (ko) | 2011-12-22 | 2012-12-20 | 침착물을 검출하기 위한 장치 및 방법 |
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