KR20190121779A

KR20190121779A - 열전 침전물 모니터

Info

Publication number: KR20190121779A
Application number: KR1020197025372A
Authority: KR
Inventors: 미타 차토라즈; 마이클 제이. 무르시아
Original assignee: 에코랍 유에스에이 인코퍼레이티드
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2019-10-28
Also published as: WO2018156149A1; JP7023972B2; CA3054285A1; AU2017400529B2; AU2017400529A1; JP2020508453A; BR112019017547A2; CN110325847A; IL268698B2; BR112019017547B1; MX2019010088A; IL268698B1; EP3586112A1; EP3586112A4; IL268698A; CN110325847B; RU2728817C1

Abstract

유체 유동 시스템은 시스템을 통해 흐르는 유체와 접촉하는 하나 이상의 열전 디바이스들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 열전 디바이스들은 온도 제어 모드 및 측정 모드로 작동될 수 있다. 하나 이상의 열전 디바이스의 열적 거동을 분석하여 시스템을 통해 흐르는 유체로부터 열전 디바이스(들) 상에 형성된 침전물 레벨을 특성화할 수 있다. 상이한 온도에서 작동되는 열전 디바이스들에서의 침전 특성은 온도 의존성 침전 프로파일을 확립하는데 사용될 수 있다. 침전 프로파일은 사용 디바이스 또는 유동 용기와 같은 시스템의 다양한 위치에서 침전이 형성될 가능성이 있는지를 결정하는데 사용될 수 있다. 검출된 침전 조건은 침전물이 시스템의 작동에 부정적인 영향을 미치기 전에 침전물을 제거하거나 또는 침전물 형성을 방지하거나 최소화하기 위해 취해질 수 있는 하나 이상의 시정 조치를 개시할 수 있다.

Description

열전 침전물 모니터

다양한 유체 흐름 시스템이 공정 유체(process fluid)를 하나 이상의 입력 유체 공급원으로부터 사용 디바이스를 향해 유동 시키도록 배열된다. 예를 들어, 열 교환기 표면을 향해 흐르는 유체는 열 교환 표면으로 열을 전달하거나 열 교환 표면에서 열을 끌어내어 표면을 작동 온도로 유지하는 데 사용될 수 있다.

일부 예에서, 유체의 구성, 유체 또는 사용 장치의 작동 온도 등의 변화와 같은 유체 흐름 시스템의 작동 조건 변화는 공정 유체에서 시스템 구성 요소로 형성되는 침전물(deposits)의 가능성에 영향을 줄 수 있다. 사용 디바이스 상에 형성되는 침전물은 의도된 목적에 대한 디바이스의 성능 및/또는 유체의 효능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 열 교환 표면 상에 형성되는 침전물은 유체로부터 열 교환 표면을 단열시키도록 작용할 수 있어 유체가 열 교환기와 열적으로 상호 작용하는 능력을 감소시킨다. 또 다른 예에서, 유체 이송 중에 용기(예를 들어, 파이프)에 침전하는 유체로부터의 석출물(precipitates)은 석출물이 의도한 곳으로 이동하지 못하게 할 수 있으며, 용기에 유체 흐름을 제한할 수 있는 축적을 야기할 수 있다.

종종, 이러한 침전물은 사용 디바이스 또는 시스템의 성능이 주의를 요하는 포인트로 저하될 때에만 검출된다. 예를 들어, 열 교환기 표면은 열 교환 표면 상에 충분히 큰 침전물 형성으로 인해 원하는 온도를 유지할 수 없게 될 수 있다. 시스템을 작동 상태로 복원하려면 종종 시스템을 종료, 분해 및 청소해야 하므로 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요될 수 있다.

본 개시의 특정 양태는 일반적으로 유체 유동 시스템에 존재하는 침전물 레벨의 특성화 및/또는 침전 조건을 검출하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일부 이러한 시스템은 시스템을 통해 흐르는 유체와 열적으로 소통하는 하나 이상의 열전 디바이스들을 포함할 수 있다. 열전 디바이스(들)는 열전 디바이스(들)에 전기 에너지를 제공할 수 있는 온도 제어 회로와 통신하여 그 온도를 조절할 수 있다. 측정 회로는 각각의 열전 디바이스(들)의 온도를 나타내는 신호를 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 예시에서, 열전 디바이스(들)의 온도는 제벡 효과(Seebeck effect)를 사용하여 결정될 수 있고, 여기서 측정 회로가 열전 디바이스(들) 양단의 전압을 검출할 수 있다. 다른 예시에서, 온도 측정을 용이하게 하기 위해 저항 온도 검출기(resistance temperature detector, RTD)와 같은 추가 구성 요소가 열전 디바이스(들)와 열 평형에 있거나 대략 열 평형이게 배치될 수 있다.

시스템은 온도 제어 회로 및 측정 회로 모두와 통신하는 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 각각의 열전 디바이스(들)에 전력을 인가하여, 그 온도를 제어하고 측정 회로를 통해 각각의 열전 디바이스(들)의 온도를 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 일부 시스템에서, 제어기는 특성화 온도에서 각각의 열전 디바이스를 유지하기 위해 하나 이상의 열전 디바이스들에 전력을 인가하도록 구성된다. 일부 예시에서, 적어도 하나의 열전 디바이스는 시스템과 함께 사용하기 위한 사용 디바이스의 작동 온도보다 낮은 특성화 온도로 유지된다.

일부 시스템에서, 제어기는, 하나 이상의 열전 디바이스들 각각에 대해, 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 측정하고, 열전 디바이스의 열적 거동 변화를 관찰하고, 관찰된 변화에 기초하여 열전 디바이스 상의 침전물 레벨을 특성화할 수 있다. 이러한 특성화는 예를 들어 침전물이 열전 디바이스에 축적될 수 있기 때문에 시간에 따른 열적 거동의 변화에 기초하여 수행될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제어기는 열전 디바이스(들)에서의 특성화된 침전물 레벨(들)에 기초하여 사용 디바이스에 대해 침전 조건이 존재 하는지를 결정하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 열전 디바이스의 거동의 변화를 관찰하는 것은 다양한 관찰을 포함할 수 있다. 예시적인 관찰은 일정한 전력이 인가될 때 열전 디바이스에 의해 달성되는 온도의 변화, 열전 장치의 온도 변화율, 특정 온도를 달성하기 위해 온도 제어 작동 모드에서 인가되는 전력량의 변화 등을 포함할 수 있다. 이러한 특성은 유체로부터 열전 디바이스 상에 형성되는 침전물에 의해 영향을 받을 수 있고, 열전 디바이스 상의 침전물 레벨을 특성화하는데 사용될 수 있다.

일부 예시에서, 제어기는 검출된 침전물 및/또는 침착 조건을 해결하기 위해 하나 이상의 시정 조치를 개시할 수 있다. 예를 들어, 시스템을 통해 유동하는 유체의 변화는 침전물의 형성을 최소화하도록 조정될 수 있다. 이러한 변화는 침전물 형성을 감소시키기 위해 분산제 또는 계면 활성제와 같은 하나 이상의 화학 물질을 첨가하거나 침전물 형성에 기여할 수 있는 특정 유체의 시스템으로의 흐름을 정지시키는 것을 포함할 수 있다. 다른 시정 조치에는 유체 또는 사용 디바이스 작동 온도와 같은 시스템 파라미터 변경이 포함될 수 있다.

일부 실시 예들에서, 이러한 시정 조치들은 시스템 운영자에 의해 수동으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 일부 이러한 예시에서, 제어기는, 하나 이상의 열전 디바이스들의 열적 거동의 분석에 기초하여, 가능한 침전 조건을 침전 조건을 해결하기 위해 하나 이상의 수동 작업을 수행하는 사용자에게 표시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이러한 조치는 예를 들어 제어기 및 하나 이상의 펌프, 밸브 등과 같은 다른 장비를 통해 자동화될 수 있다.

도 1은 유체 흐름 시스템에서 하나 이상의 열전 디바이스들의 예시적인 배치를 도시한 도면이다.
도 2는 예시적인 실시 예에서 열전 디바이스를 동작시키기 위한 시스템의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 복수의 열전 디바이스들을 작동시키기 위한 단순화된 전기적 개략들이다.
도 4a 및 4b는 동작의 측정 모드에서 단일 열전 디바이스의 동작을 도시한 개략도이다.
또한, 도 5a 및 5b는 시스템에서 복수의 열전 디바이스들의 동작을 위한 예시적인 구성을 도시한다.
도 6a 내지 도 6e는 열전 디바이스에서 침전물의 레벨을 특성화하는데 사용될 수 있는 열전 디바이스의 예시적인 열적 거동을 도시한다.
도 7은 유체 유동 시스템의 사용 디바이스 상으로 공정 유체로부터의 침전물을 완화하기 위한 예시적인 프로세스를 예시하는 프로세스-흐름도이다.

열전 디바이스(thermoelectric device)는 전기 신호에 응답하여 온도를 변화시킬 수 있는 디바이스 및/또는 디바이스의 온도에 기초하여 전기 신호를 생성하는 디바이스이다. 이러한 디바이스는 디바이스 그 자체 또는 디바이스와 가까운 물체의 온도를 측정 및/또는 변경하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 예에서, 열전 디바이스로부터 출력된 전압은, 예를 들어 제벡 효과(Seebeck effect)를 통해, 열전 디바이스의 온도를 나타낼 수 있다. 따라서, 열전 디바이스의 온도를 결정하기 위해 열전 디바이스의 전압이 측정될 수 있다.

열전 디바이스를 통해 흐르는 전류는 열전 디바이스의 온도에 영향을 주기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 열전 디바이스들에서, 디바이스를 통해 흐르는 전류는 전류 흐름 방향에 기초하여 디바이스의 온도를 증가시키거나 감소시킬 것이다. 즉, 전류가 디바이스를 통해 제1 방향으로 흐를 때 디바이스가 가열되고, 전류가 디바이스를 통해 반대 방향으로 흐를 때 디바이스가 냉각될 수 있다. 따라서, 상이한 동작 모드를 통해, 일부 열전 디바이스들의 온도는 디바이스에 전력을 공급하여 전류를 흐르게 하여 조절할 수 있고, 또한 디바이스의 전압 강하를 측정하여 측정될 수 있다. 예시적인 열전 디바이스는 펠티어(Peltier) 디바이스, 열전 냉각기 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 일부 예에서, 열전 디바이스들에 의해 달성 가능한 온도차를 증가시키기 위해 복수의 열전 디바이스들이 직렬로 배열될 수 있다. 예를 들어, 특정 열전 디바이스가 두 개의 표면들 사이에서 10℃의 온도차를 달성할 수 있다면, 직렬로 배열된 두 개의 이러한 열전 디바이스들은 표면들 사이에서 20℃의 온도차를 달성할 수 있다. 일반적으로, 본원에서 언급된 열전 디바이스는 단일 열전 디바이스 또는 디바이스들에 의해 달성될 수 있는 온도차를 증가시키기 위해 적층된 배열(stacked arrangement)로 작동하는 복수의 열전 디바이스들을 포함할 수 있다.

도 1은 유체 유동 시스템에서 하나 이상의 열전 디바이스들의 예시적인 배치를 도시한다. 도시된 바와 같이, 열전 디바이스들(102a-d)은 공정 유체를 사용 디바이스(105)로 보내도록 구성된 유체 유동 시스템(100)에서 공정 유체의 유동 경로(106)에 위치된다. 화살표 (108)는 유체 공급원으로부터 사용 디바이스(105)를 향하는 유체의 예시적인 유동 경로를 도시한다. 본원에 기재된 바와 같이, 공정 유체는 일반적으로 그러한 유체 유동 시스템을 통해 흐르는, 이에 제한되는 것은 아니지만 냉각수, 보일러 급수, 응축수, 취수, 폐수, 배출 폐수, 오일 및 오일-물 혼합물과 같은 유틸리티 유체를 포함하는, 임의의 유체들과 관련될 수 있다. 이러한 예시적인 공정 유체는 다양한 소스들(예를 들어, 프로세스로부터의 증수천(effluent stream), 보일러 취수, 처리된 폐수, 생성된 물, 신선한 물 공급원 등)로부터 유체 유동 시스템(100)으로 보내질 수 있다. 일부 예시들에서, 단일 유체 유동 시스템(100)은 다양한 소스들로부터 입력 공정 유체를 수신할 수 있다. 그러한 일부 예시들에서, 수동 및/또는 자동 밸브 또는 일련의 밸브들을 통해서와 같이, 공정 유체의 공급원이 선택될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 단일 유체 공급원은 하나 이상의 가능한 공급원들로부터 선택될 수 있다. 다른 대안적인 실시 예들에서, 복수의 유체 공급원들이 선택되어 선택된 복수의 공급원들부터의 유체가 혼합되어 입력 유체를 형성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 디폴트 입력 유체는 복수의 이용 가능한 입력 공급원들 각각으로부터의 유체들의 혼합물로 구성되며, 입력 유체의 구성은 하나 이상의 이러한 입력 공급원들의 시스템으로의 흐름을 차단함으로써 조정될 수 있다.

도 1의 예시에서, 열전 디바이스들(102a-d)은 샘플 홀더(104)에 장착된 열전 디바이스들의 어레이로서 도시되어있다. 일부 예시에서, 샘플 홀더(104)는 예를 들어 열전 디바이스들(102a-d)의 세척, 교체 또는 다른 유지 보수를 용이하게 하기 위해 유체 유동 시스템(100)의 유동 경로(106)로부터 제거 가능하다. 부가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 열전 디바이스들(예를 들어, 샘플 홀더 상에 위치)이, 유체 유동 시스템(100)을 통해 사용 디바이스(105)로 유동하는 유체의 구성에 기여하는, 하나 이상의 유체 입력들의 유동 경로에 위치될 수 있다. 유체 유동 시스템은 공정 유체가 흐르는, 예를 들어, 세척 시스템(예를 들어, 식기 세척, 세탁 등), 식음료 시스템, 광업, 에너지 시스템(예를 들어, 유정, 정제소, 파이프 라인 - 상류 및 하류 모두, 생산된 물 쿨러, 냉각 장치 등), 엔진 공기 흡입구를 통한 공기 흐름, 냉각 탑 또는 보일러와 같은 열 교환 시스템, 펄프 및 제지 공정 및 기타를 포함하는, 모든 시스템일 수 있다. 화살표(108)는 유체의 온도를 모니터링 하는데 사용될 수 있는(예를 들어, 제벡 효과(Seebeck effect)를 통해) 열전 디바이스(102)를 지나서 사용 디바이스(105)로 향하는 유체의 유동 방향을 나타낸다.

일부 실시 예들에서, 유체 유동 시스템은 시스템을 통해 흐르는 유체의 하나 이상의 파라미터들을 결정할 수 있는 하나 이상의 추가 센서(111)(점선으로 도시 됨)를 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 하나 이상의 추가 센서 (111)는 유속, 온도, pH, 알칼리도, 전도도 및/또는 예를 들어 공정 유체의 하나 이상의 성분들의 농도와 같은 다른 유체 파라미터를 결정하도록 구성될 수 있다. 열전 디바이스(102a-d)의 하류(downstream)에 위치된 단일 요소인 것으로 도시되어 있지만, 하나 이상의 추가 센서(111)는 임의의 수의 개별 구성 요소들을 포함할 수 있고, 열전 디바이스(102a-d)와 동일한 유체를 샘플링면서 유체 유동 시스템(100) 내의 임의의 위치에 배치될 수 있다.

도 2는 예시적인 실시 예에서 열전 디바이스를 동작시키기 위한 시스템의 개략도이다. 도 2의 실시 예에서, 열전 디바이스(202)는 열전 디바이스(202)의 온도를 측정하도록 구성된 측정 회로(210)와 통신한다. 일부 예에서, 측정 회로(210)는 열전 디바이스의 온도를 결정하기 위해 열전 디바이스의 전압의 측정을 용이하게 할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 측정 회로는 기준 전압(예를 들어, 접지 전위, 정밀 전압원, 감지 저항을 통해 전류를 제공하는 정밀 전류원 등) 및 차동 증폭기를 포함할 수 있다. 이러한 일부 실시 예들에서, 열전 디바이스의 전압 및 기준 전압이 증폭기에 입력될 수 있고, 증폭기의 출력은 열전 디바이스의 전압 강하를 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 예시들에서, 측정 회로(210)는 전압계 등과 같은 전압 감지 기술을 포함할 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시 예들에서, 측정 회로는 열전 디바이스(202)의 온도를 관찰하기 위한 추가의 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 측정 회로(210)는 열전 디바이스(202)에 인접하거나 이와 열 접촉하는 저항 온도 검출기(resistance temperature detector, RTD)와 같은 온도 센서를 포함할 수 있다. RTD의 저항은 그의 온도에 따라 다르다. 따라서, 일부 이러한 실시 예들에서, 측정 회로 (210)는 하나 이상의 RTD들 및 RTD의 저항을 결정하여 그 온도를 결정하기 위한 회로를 포함한다.

시스템은 측정 회로(210)와 통신하는 제어기(212)를 포함 할 수 있다. 제어기(212)는 마이크로 컨트롤러, 프로세서, 동작/실행 명령을 포함하는 메모리, FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC (application-specific integrated circuit), 및/또는 시스템 구성 요소들과 인터페이스하고 상호 작용할 수 있는 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기(212)는 하나 이상의 입력들을 수신하고 수신된 하나 이상의 입력들에 기초하여 하나 이상의 출력들을 생성할 수 있다. 다양한 예시들에서, 메모리에 프로그래밍된 명령에 따라 구현되거나(예를 들어, 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행 가능), 구성 요소들의 배열에 따라 미리 프로그래밍된(예를 들어, ASIC에서와 같이) 규칙 세트를 기반으로 출력이 생성될 수 있다.

이러한 예시들에서, 시스템은 제어기(212)가 열전 디바이스(202)의 온도를 결정하기 위해 측정 회로(210)와 인터페이스할 수 있는 측정 모드에서 작동할 수 있다. 일부 예시들에서, 제어기는 측정 회로(210)를 통해 열전 디바이스의 전압의 측정을 개시하고, 열전 디바이스(202)의 전압을 나타내는 신호를 측정 회로(210)로부터 수신하고, 그리고 측정된 전압에 기초하여 열전 디바이스의 온도를 결정할 수 있다(예를 들어, 제벡 효과를 통해). 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기(212)는 기준 신호에 대한 전압 신호를 수신할 수 있는 입력을 포함할 수 있다. 그러한 일부 예시들에서, 제어기(212)는 열전 디바이스(202)와 직접 인터페이스하여 그 전압을 결정한다. 즉, 일부 예시들에서, 측정 회로(210)의 기능은 제어기(212)에 통합될 수 있다. 따라서, 다양한 실시 예들에서, 제어기(212)는 측정 회로(210) 및/또는 열전 디바이스(202)와 인터페이스하여 열전 디바이스(202)의 온도를 결정할 수 있다.

도 2의 시스템은 제어기(212) 및 열전 디바이스(202)와 통신하는 온도 제어 회로(214)를 더 포함한다. 일부 예시들에서, 시스템은 열전 디바이스(202)의 온도를 조절하기 위해 제어기(212)가 온도 제어 회로(214)를 통해 열전 디바이스(202)에 전력을 인가할 수 있는 온도 제어 모드에서 작동할 수 있다. 예를 들어, 온도 제어 회로(214)는 열전 디바이스(202)에 전력을 인가하여 열전 디바이스(202)의 온도를 증가시키기 위해 전류를 디바이스(202)를 통해 제1 방향으로 흐르게 할 수 있다. 유사하게, 온도 제어 회로(214)는 열전 디바이스(202)에 전력을 인가하여 열전 디바이스의 온도를 낮추기 위해 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 디바이스(202)를 통해 전류를 흐르게 할 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 온도 제어 모드는 가열 모드 및 냉각 모드를 포함할 수 있고, 가열 및 냉각 모드들 사이의 차이는 열전 디바이스(202)를 통해 전류가 흐르는 방향이다. 일부 실시 예들에서, 온도 제어 회로(214)는 기준 전위에 대해 어느 한 극성의 전력을 제공하도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 열전 디바이스(202)의 가열 및 냉각 작동이 가능하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 온도 제어 회로(214)는 가열 및 냉각 작동 모드 사이의 스위칭을 용이하게 하기 위해 열전 디바이스(202)의 극성을 전환하도록 구성된 스위치를 포함할 수 있다.

이러한 일부 실시 예들에서, 제어기(212)는 열전 디바이스(202)를 통해 흐르는 전류를 조절하여 이에 따라 그 온도를 조절하기 위해 열전 디바이스(202)에 인가되는 전력량을 조절하거나 달리 제어할 수 있다. 다양한 예시들에서, 인가된 전력을 조절하는 것은 전류, 전압, 펄스 폭 변조(PWM) 신호의 듀티 사이클을 조절하는 것을 포함하거나, 또는 열전 디바이스(202)에 인가된 전력을 조정하기 위한 다른 알려진 방법을 포함할 수 있다.

일부 예시들에서, 제어기(212)는 온도 제어 회로(214) 및 측정 회로(210)를 통해 열전 디바이스(202)와 동시에 인터페이스할 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 시스템은 온도 제어 모드 및 측정 모드에서 동시에 작동할 수 있다. 유사하게, 이러한 시스템은 온도 제어 모드 및 측정 모드에서 독립적으로 작동할 수 있으며, 열전 디바이스는 온도 제어 모드, 측정 모드, 또는 둘 모두에서 동시에 작동될 수 있다. 다른 예시들에서, 제어기(212)는 동작의 온도 제어 모드와 측정 모드 사이에서 스위칭할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 측정 회로들(210) 및 하나 이상의 온도 제어 회로들(214)을 통해 복수의 열전 디바이스들(202)과 통신하는 제어기는 상이한 동작 모드들로 그러한 열전 디바이스들을 작동시킬 수 있다. 이러한 다양한 예시들에서, 제어기(212)는 각각의 열전 디바이스를 동일한 작동 모드 또는 별도의 작동 모드에서 작동시킬 수 있고 및/또는 각각의 열전 디바이스를 예를 들어 순차적으로 개별적으로 작동시킬 수 있다. 많은 구현들이 가능하고 본 개시의 범위 내에 있다.

도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 시스템은 유체 유동 시스템을 통해 흐르는 유체의 하나 이상의 파라미터들을 결정하기 위한 하나 이상의 추가의 센서들(211)을 포함할 수 있다. 이러한 추가의 센서들(211)은 제어기(212)와 유선 또는 무선 통신할 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 제어기(212)는 유체 유동 시스템 내에 위치된 열전 디바이스(202) 및 추가의 센서들(211) 모두와 인터페이스하도록 구성될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 복수의 열전 디바이스들을 작동시키기 위한 단순화된 전기 개략도이다. 도 3a는 각각 전원들(314a 및 314b)과 통신하는 한 쌍의 열전 디바이스들(302a 및 302b)을 도시한다. 전원들(314a, 314b)은 열전 디바이스들(302a, 302b)의 온도를 각각 제어하기 위한 온도 제어 회로에 포함될 수 있다. 일부 예에서, 각각의 전원(314a, 314b)은 그의 대응하는 열전 디바이스(302a, 302b)에 전력을 인가하도록 구성될 수 있다. 본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 일부 예시들에서, 전원(예컨대, 314a)은 열전 디바이스를 통해 어느 한 방향으로 전류가 흐르도록 열전 디바이스(예를 들어, 302a)에 어느 한 극성의 전력을 제공 할 수 있다. 전원들(314a 및 314b)은 열전 디바이스들(302a 및 302b)에 각각 전력을 제공하여 그 온도를 변경하도록 구성 될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 전원들(314a 및 314b)은 별개의 전원들이다. 다른 예시들에서, 전원들(314a 및 314b)은, 예를 들어 열전 디바이스들(302a 및 302b)에 전력을 개별적으로 제공하기 위한 상이한 출력 채널들을 포함하는, 동일한 전원일 수 있다.

도 3a의 예시에서, 열전 디바이스들(302a 및 302b)은 각각 계량기들(meters)(310a 및 310b)과 통신한다. 각각의 계량기는, 제어기(312a)와 같은 것을 통해, 그 상응하는 열전 디바이스(302a, 302b)에 걸린 전압의 측정을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 도시된 예시에서, 제어기(312a)는 계량기들(310a 및 310b) 모두와 통신한다. 일부 예시들에서, 제어기(312a)는 계량기들(310a 및 310b)을 통해 열전 디바이스들(302a 및 302b)에 걸친 전압 강하를 각각 결정할 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 제어기는 제벡 효과(Seebeck effect)를 통해 전압을 기초로 열전 디바이스들(302a, 302b) 각각의 온도를 결정할 수 있다.

도 3a의 개략도에 따르면, 제어기(312a)는 전원들(314a, 314b)과 통신한다. 제어기(312a)는 결정된 열전 디바이스들(302a 및 302b)의 온도에 기초하여 전원들(314a 및 314b)의 동작을 각각 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 예시들에서, 제어기(312a)는 열전 디바이스의 온도를 측정하고 동시에 열전 디바이스와 관련된 전원을 제어할 수 있다. 다른 예시들에서, 제어기(312a)는 예를 들어 계량기들(310a, 310b)을 사용하여 제벡(Seebeck) 효과를 통해 온도를 측정하기 위해 전원들(314a, 314b)이 각각의 열전 디바이스들(302a, 302b)에 전력을 인가하는 것을 정지시킨다. 이러한 피드백 제어를 사용하여, 복수의 열전 디바이스들(예를 들어, 302a 및 302b)의 온도는 제어기(312a)를 통해 측정되고 제어될 수 있다.

도 3b는 유사하게 전원들(314c 및 314d)과 각각 연결된 한 쌍의 열전 디바이스들(302c 및 302d)을 도시한다. 전원들(314c 및 314d)는 도 3a와 관련하여 기술된 바와 같이 열전 디바이스들(302c 및 302d)과 인터페이스하도록 구성될 수 있다. 도 3b의 개략도는 각각 열전 디바이스들(302c 및 302d)에 인접하게 위치된 RTD들(303c 및 303d)을 포함한다. 각각의 RTD(303c, 303d)는 대응하는 열전 디바이스에 충분히 가깝게 위치되어 열전 디바이스의 온도가 변하더라도 각 RTD가 대응되는 열전 디바이스와 대략 열 평형을 이룰 수 있다.

계량기들(310c 및 310d)은 각각 제어기(312b)에 의한 RTD들(303a 및 303b)의 저항의 측정을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. RTD들(303c, 303d)의 저항 값을 사용하여 RTD들(303c, 303d)의 온도를 결정할 수 있고, RTD들(303c, 303d)이 열전 디바이스들(302c, 302d)과 열 평형 상태에 있기 때문에 열전 디바이스들(302c 및 302d)의 온도를 결정할 수 있다. 도 3a의 실시 예와 유사하게, 도 3b의 제어기(312b)는 열전 디바이스들(302c, 302d)에 인가된 전력을 조절하여 및 이에 따라 그 온도를 조절하기 위해 전원들(314c, 314d)을 제어하는데 사용될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 측정 동작 모드에서 단일 열전 디바이스의 동작을 도시하는 개략도이다. 도 4a의 도시된 실시 예에서, 열전 디바이스(402a)는 접지(440a)와 증폭기(434a)의 제1 입력 사이에 결합된다. 따라서, 열전 디바이스(402a) 양단의 전압 강하(예를 들어, 제벡 효과에 기초한 열전 디바이스(402a)의 온도에 대응하는)는 증폭기(434a)의 제1 입력에 인가된다.

전류 공급원(432a)은 기준 저항(416a)을 통해 접지(440a)로 일정한 전류 흐름을 제공하도록 구성된다. 전류 공급원(432a)은 알려진 전류를 전류 공급원(432a)으로부터 기준 저항(416a)을 통해 접지로 제공하도록 구성될 수 있다. 전류 공급원(432a)으로부터의 전류 및 기준 저항(416a)의 저항 값이 알려져 있기 때문에, 이들 값들은, 증폭기(434a)의 제2 입력에 인가되는, 기준 저항(416a)에 걸친 전압 강하를 결정하는데 사용될 수 있다. 이 전압 강하는 알려진 값(즉, 전류 공급원(432a)으로부터의 전류 및 기준 저항(416a)의 저항)에 의존하기 때문에, 증폭기(434a)의 제2 입력에 인가된 전압은 제1 입력에서 인가된 전압(열전 장치(402a)에 걸친 전압 강하)이 비교되는 기준 전압으로서 기능한다. 일부 예시들에서, 증폭기(434a)의 제2 입력이 접지(440a)가 되도록 기준 저항(416a) 및/또는 전류 공급원(432a)이 생략될 수 있다.

증폭기(434a)의 출력(450a)은 기준 저항(416a)의 알려진 전압 강하와 열전 디바이스(402a)의 전압 강하의 사이의 차이에 관한 정보를 제공할 수 있고, 이는 열전 디바이스(402a) 양단의 전압 강하를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 일부 예시들에서, 도 4a에 도시된 구성은 열전 디바이스 양단에 걸친 전압을 측정하기 위해 도 3a에서 계량기들(310a 또는 310b)로서 기능하는 데 사용될 수 있다.

본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 열전 디바이스(402a) 양단에 걸친 결정된 전압 강하는 예를 들어 제벡 효과를 사용하여 열전 디바이스(402a)의 온도를 결정하는데 사용될 수 있다. 도 4a의 실시 예에는 도시되어 있지 않지만, 일부 예에서, 열전 디바이스(402a)는 예를 들어, 열전 디바이스를 열전 디바이스들의 어레이로부터 선택적으로 연결하는 스위치의 작동을 통해 열전 디바이스들의 어레이로부터 선택된 단일 열전 디바이스이다.

도 4b의 예시적인 구성에서, 열전 디바이스(402b)는 온도 제어 회로 (414b)와 통신하며, 이는 열전 디바이스(402b)에 전력을 제공하도록 구성되어, 온도에 영향을 줄 수 있다. 본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 일부 예시들에서, 온도 제어 회로(414b)는 열전 디바이스(402b)의 어느 한 방향으로의 온도 변화에 영향을 미치기 위해 열전 디바이스(402b)에 어느 한 극성의 전력을 제공하도록 구성될 수 있다.

도시된 예시에서, RTD(403b)는 열전 디바이스(402b)에 인접하게 위치되어, 열전 디바이스(402b)의 온도 변화가 RTD(403b)에 의해 검출될 수 있다. 전류 공급원(430b)은 알려진 전류를 RTD(403b)를 통해 접지(440b)에 제공하도록 구성된다. 전류 공급원(430b)으로부터의 알려진 전류는 전류가 흐르는 RTD(403b)의 온도에 의미 있는 영향을 미치지 않도록 충분히 작을 수 있다. 전류 공급원(430b)으로부터의 전류는 RTD(403b)를 가로 질러 전압 강하를 야기하며, 이는 증폭기(434b)의 제1 입력에 적용된다.

전류 공급원(432b)은 기준 저항기(416b)를 통해 접지(440b)로 일정한 전류 흐름을 제공하도록 구성된다. 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 전류 공급원(432b)로부터의 알려진 전류 및 기준 저항(416b)의 알려진 저항 값은, 증폭기(434b)의 제2 입력에 인가되는, 기준 저항(416b) 양단의 전압 강하를 결정하는데 사용될 수 있다. 도 4a를 참조하여 설명된 바와 같이, 알려진 값들로부터 계산되기 때문에, 증폭기(434b)의 제2 입력에 인가되는 전압 강하는 RTD(403b) 양단의 전압 강하를 비교할 수 있는 기준 전압으로서 기능할 수 있다. 일부 예시들에서, 전류 공급원(432b) 및/또는 기준 저항(416b)은 증폭기(434b)로의 제2 입력이 효과적으로 접지되도록 제거될 수 있다.

증폭기(434b)의 출력(450b)은 기준 저항(416b) 양단의 알려진 전압 강하와 RTD(403b) 양단의 전압 강하 사이의 차이에 관한 정보를 제공할 수 있으며, 이는 RTD(403b) 양단의 전압 강하를 결정하는데 사용될 수 있다. RTD(403b) 양단의 전압 강하는 전류 공급원(430b)으로부터의 알려진 전류에 기초하여 RTD(403b)의 저항을 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 도 4b에 도시된 구성은 도 3b의 저항 계량기(310c 또는 310d)로서 사용될 수 있다. RTD(403b)의 결정된 저항은 RTD(403b)의 온도 및 따라서 RTD(403b)에 근접한 열전 디바이스(402b)의 온도를 결정하는데 사용될 수 있다.

본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 일부 예시들에서, 시스템은 온도 제어 모드에서 선택적으로 가열 및/또는 냉각될 수 있는 복수의 열전 디바이스들을 포함할 수 있다. 복수의 열전 디바이스들 각각의 온도는 예를 들어 측정 작동 모드에서 측정될 수 있다. 일부 예시들에서, 복수의 열전 디바이스들 각각은 동시에 및/또는 개별적으로 가열 및/또는 냉각될 수 있다. 유사하게, 다양한 예시들에서, 각각의 열전 디바이스들의 온도는 동시에 및/또는 개별적으로 측정될 수 있다. 도 5a 및 도 5b는 시스템에서 복수의 열전 디바이스들의 동작을 위한 예시적인 구성을 도시한다.

도 5a는 열전 디바이스들의 어레이의 동작 구성을 도시하는 예시적인 개략도이다. 도시된 실시 예에서, 열전 디바이스들(502a 및 502b)은 측정 회로(510a) 및 온도 제어 회로(514a), 예를 들어 전원(515a)을 통해 제어기(512a)와 통신한다. 일부 예시들에서, 전원(515a)은 열전 디바이스들(502a 및 502b)에 전력을 제공할 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 전원(515a)는 어느 한 극성의 전원을 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 온도 제어 회로(514a)는 전원(515a)으로부터 열전 디바이스들(502a, 502b)로 제공되는 전력의 극성을 변경하는 것을 용이하게 하는 스위치(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

온도 제어 동작 모드 동안, 제어기(512a)는 온도 제어 회로(514a)가 하나 이상의 열전 디바이스들(502a, 502b)에 전력을 제공하여 열전 디바이스의 온도를 조절하게 할 수 있다. 도 5a의 예시에서, 전원(515a)은 한 쌍의 채널들(A 및 B)을 포함하고, 각 채널은 한 쌍의 열전 디바이스들에서 각각의 열전 디바이스(502a 및 502b)에 대응한다. 전원(515a)의 각 채널은 그의 대응하는 열전 디바이스(502a, 502b)와 통신한다. 일부 예시들에서, 증폭 스테이지(미도시)는 각각의 열전 디바이스(502a, 502b)에 인가된 신호를 생성하기 위해 전원(515a)으로부터의 신호를 수정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 예시들에서, 증폭 스테이지는 열전 디바이스(502a)에 일정한 전력을 제공하기 위해, 예를 들어 LRC 필터를 통해 전원(515a)으로부터 PWM 신호를 필터링하도록 구성된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 증폭 스테이지는 열전 디바이스(502a)의 온도를 바람직하게 변화시키기 위해 전원(515a)으로부터의 신호를 효과적으로 증폭시킬 수 있다.

본원의 다른 곳에서 논의된 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 온도 제어 회로(514a)는 가열 및 냉각 작동 모드에서 작동할 수 있다. 일부 예시들에서, 온도 제어 회로(514a)는 접지(540a)에 대하여 어느 한쪽 극성으로 전력을 제공할 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 전류는 인가된 전력의 극성에 따라 하나 이상의 열전 디바이스들(502a, 502b)을 통해 온도 제어 회로(514a)에서 접지(540a)로 또는 접지에서 온도 제어 회로(514a)로 흐를 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 온도 제어 회로는 하나 이상의 열전 디바이스들(502a, 502b)에 인가된 전력의 극성을 반전시키도록 구성된 하나 이상의 스위칭 소자들(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 이러한 실시 예들에서, 전원(515a)은 하나 이상의 열전 디바이스들(502a, 502b)에 적용하기 위해 전력의 크기(예를 들어, 전류의 크기)를 설정하는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 스위칭 소자들은 전력이 열전 디바이스들(502a, 502b)에 인가되는 극성을 조정하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어, 전류 흐름 방향).

예시적인 온도 제어 동작에서, 제어기는 열전 디바이스(502a)의 온도를 조정(예를 들어, 감소)하도록 전원(515a)에 신호를 보낸다. 제어기(512a)는 전원(515a)이 채널(A)로부터 열전 디바이스(502a)를 향해 전기 신호를 출력하게 할 수 있다. 듀티 사이클, 크기 등과 같은 전기 신호의 양태들은 원하는 온도 조정(예를 들어, 냉각) 효과를 충족시키기 위해 제어기(512a)에 의해 조정될 수 있다. 열전 디바이스들(502a, 502b) 중 일부 또는 전부에 대해 유사한 온도 조절(예를 들어, 냉각) 동작들이 동시에 수행될 수 있다. 일부 실시 예에서, 제어기(512a)는 복수의 열전 디바이스들(502a, 502b) 각각의 온도 조정(예를 들어, 냉각) 동작을 제어하여 열전 디바이스들 각각이 상이한 작동 온도로 설정(예를 들어, 냉각)되도록 할 수 있다.

본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 제어기(512a)는 측정 회로(510a)를 통해 하나 이상의 열전 디바이스들(502a, 502b)과 인터페이스할 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 제어기(512a)는 측정 회로(510a)를 통해 열전 디바이스(502a, 502b)의 온도의 측정을 결정할 수 있다. 열전 디바이스 양단의 전압은 그 온도에 의존하기 때문에, 일부 예시들에서, 제어기(512a)는 열전 디바이스(502a, 502b) 양단의 전압을 결정하고 그로부터 온도를, 예를 들어 제벡 효과를 통해, 결정하도록 구성될 수 있다.

복수의 열전 디바이스들(502a, 502b) 중 원하는 하나의 전압 강하를 측정하기 위해, 측정 회로(510a)는 열전 디바이스들(502a 및 502b)에 각각 대응하는 채널들(A 및 B)을 갖는 스위치(522)를 포함한다. 제어기(512a)는 원하는 열전 디바이스에 따라 스위치(522)가 각각의 채널들(A 및 B) 중 어느 하나로부터 신호를 전송하도록 지시할 수 있다. 스위치(522)의 출력은 원하는 열전 디바이스의 전압, 따라서 온도를 나타내는 신호를 수신하기 위해 제어기(512a)로 보내질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 스위치(522)의 출력은 접지에 연결되지 않거나 접지에 대한 높은 임피던스를 갖는다. 따라서, 열전 디바이스(예를 들어, 502a)를 통해 흐르는 전류는 스위치(522)를 통하지 않고 열전 디바이스를 통해서만 접지(540a)로 흐를 것이다.

열전 디바이스(예를 들어, 502a) 양단의 전압은 접지(540a)에 대한 스위치(522)의 각각의 입력 채널(예를 들어, 채널 A)에서 존재할 것이며, 제어기(512a)에 의해 수신되기 위해 그로부터 출력될 수 있다. 일부 예시들에서, 제어기(512a)에 직접 인가되는 대신에, 스위치(522)의 출력에서의 열전 디바이스(예를 들어, 502a) 양단의 전압은, 전압을 측정하기 위해, 차동 증폭기(534a)의 제1 입력에 인가될 수 있다. 증폭기(534a)는, 결과적인 증폭된 신호를 제어기(512a)에 출력하기 전에, 예를 들어 스위치(522)의 출력에서의 전압을 기준 전압(예를 들어, 접지(540a))과 비교하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 본원에 설명된 바와 같이, 제어기(512a)에 의해 수신되기 위해 스위치(522)로부터 출력된 신호는 제어기(512a)에 의해 직접 수신될 수 있지만, 꼭 그럴 필요는 없다. 오히려, 일부 실시 예들에서, 제어기(512a)는, 접지(540a)에 대한 스위치(522)로부터의 출력 신호에 기초하여 증폭기(534a)로부터의 출력 신호와 같은, 스위치(522)의 출력에서 신호에 기초한 신호를 수신할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 제어기(512a)는 원하는 열전 디바이스가 분석되도록 스위치(522)를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 도 5a의 예시적인 예와 관련하여, 제어기(512a)는 차동 증폭기(534a)에 제시되는 전압이 스위치(522)를 통한 열전 디바이스(502a) 양단의 전압이 되도록 채널(A)에서 스위치(522)를 동작시킬 수 있다.

복수의 열전 디바이스들(502a, 502b)이 스위치(522)의 상이한 채널들과 통신하는 도 5a에 도시된 바와 같은 예시적인 구성에서, 제어기(512a)는 각각의 열전 디바이스들(502a, 502b)의 온도 측정을 수행하기 위해 스위치(522)의 작동 채널을 스위칭하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시 예들에서, 제어기는 각각의 열전 디바이스들(502a, 502b) 각각의 온도 측정을 수행하기 위해 각각의 스위치(522) 채널들을 순환할 수 있다.

본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 일부 예시들에서, 제어기(512a)는 하나 이상의 열전 디바이스들의 온도 조정 동작을 제어할 수 있다. 이러한 일부 실시 예들에서, 제어기(512a)는 스위치(522)를 통해 열전 디바이스의 온도를 측정하기 전에 열전 디바이스의 온도 조정을 중지한다. 유사하게, 온도 제어 회로(514a)를 통해 열전 디바이스의 온도를 조정할 때, 제어기(512a)는 스위치(522)에서 그 열전 디바이스와 관련된 채널(들)을 끌 수 있다(turn off). 일부 실시 예에서, 각각의 개별 열전 디바이스에 대해, 제어기(512a)는 온도 조절 회로(514a) 및 측정 회로(510a)(스위치(522) 포함)를 사용하여 온도 조절과 측정 작동 모드 사이를 스위칭할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 제어기(512a)는 복수의 열전 디바이스들(예를 들어, 502a, 502b)과 관련된 신호를 동시에 수신하기 위한 복수의 입력들을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 스위치(522)는 하나 이상의 열전 디바이스들(예를 들어, 502a, 502b)을 제어기(512a)에 선택적으로 결합하기 위한 복수의 출력들을 포함할 수 있다(예를 들어, 이중 극, 단투 스위치 또는 이중 극, 쌍투 스위치). 이러한 일부 시스템들에서, 제어기(512a)와 통신하기 위한 접지에 대해 스위치(522)로부터의 각각의 출력 신호를 증폭시키기 위해 복수의 차동 증폭기들(예를 들어, 534)이 사용될 수 있다. 다른 예시에서, 제어기(512a)는 복수의 입력들을 통해 동시에 복수의 열전 디바이스들(예를 들어, 502a, 502b)과 직접 인터페이스할 수 있다. 그러한 일부 예시들에서, 스위치(522) 및/또는 증폭기(534a)가 없을 수 있다.

본원의 다른 곳에서 언급된 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 측정 회로(예를 들어, 510)는 열전 디바이스들(502c, 502d)의 온도를 측정하기 위한 추가 구성 요소를 포함할 수 있다. 도 5b는 추가 온도 측정 디바이스를 포함하는 열전 디바이스들의 어레이의 작동 구성을 도시하는 예시적인 개략도이다. 도 5b의 예시적인 실시 예는 도 5b에 도시된 바와 같이 열전 디바이스들(502c, 502d) 및 관련 RTD들(503c, 503d)을 각각 포함한다. 열전 디바이스들(502c, 502d)의 동작(예를 들어, 가열 및/또는 냉각)은 도 5a의 온도 제어 회로(514a) 및 전원(515a)에 대해 전술한 바와 유사한 온도 제어 회로(514b)(예를 들어, 전원(515b) 포함하는)를 통해 수행될 수 있다.

측정 회로(510b)는 각각 열전 디바이스들(502c 및 502d)과 관련된 RTD들(503c, 503d)을 포함할 수 있다. 그러한 일부 예시들에서, RTD들(503c, 503d)은 그들의 대응하는 열전 디바이스들(502c, 502d)에 충분히 가깝게 위치되어, 각각의 RTD(503c, 503d)가 그 대응하는 열전 디바이스(502c, 502d)와 열 평형 내에 있거나 또는 그 근처에 있다. 따라서, RTD들(503c, 503d)의 저항 값들은, 예를 들어 각각의 RTD들(503c, 503d)의 저항을 결정함으로써, 열전 디바이스(502c, 502d)의 온도를 결정하는데 사용될 수 있다.

일부 실시 예들에서, 제어기 (512b)는 측정 회로(510b)의 다른 구성 요소를 통해 하나 이상의 RTD들(503c, 503d)과 인터페이스할 수 있다. 그러한 일부 예시들에서, 제어기(512b)는 측정 회로(510b)의 구성요소를 통해 RTD들(503c, 503d)의 온도(그리고 그에 따라 열전 디바이스들(502c, 502d)의 온도) 측정을 결정할 수 있다. RTD의 저항은 그 온도에 의존하기 때문에, 일부 예시들에서, 제어기(512b)는 RTD들(503c, 503d)의 저항을 결정하고 그로부터 RTD들(503c, 503d)의 온도를 결정하도록 구성될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 측정 회로(510b)는 하나 이상의 RTD들(503c, 503d)을 통해 접지(540b)에 원하는 전류를 제공할 수 있는 전류 공급원(530b)(예를 들어, 정밀 전류 공급원)을 포함한다. 이러한 실시 예에서, RTD들(503c, 503d) 양단의 전압의 측정은 RTD(503c, 503d)의 저항 및 그에 따른 온도를 계산하기 위해 이를 통해 흐르는 알려진 정밀 전류와 결합될 수 있다. 일부 예시들에서, 전류 공급원(530b)으로부터 RTD에 제공되는 전류는 RTD를 통해 흐르는 전류가 RTD의 온도 또는 관련 열전 디바이스의 온도를 실질적으로 변화시키지 않도록 충분히 작다(예를 들어, 마이크로앰프(microamp) 범위).

RTD들(503c 및 503d)과 같은 복수의 RTD들을 포함하는 구성에서, 제어기(512b)는 다양한 방식으로 각각의 RTD(503c, 503d)와 인터페이스할 수 있다. 도 5b의 예시적인 실시 예에서, 측정 회로(510b)는 제어기(512b), 전류 공급원(530b) 및 RTD들(503c, 503d)과 통신하는 멀티플렉서(524)를 포함한다. 제어기(512b)는 멀티플렉서(524)를 작동 시켜서, RTD들 중 하나(예를 들어, 503c)의 전압의 측정이 필요할 때, 멀티플렉서(524)가 전류 공급원(530b)으로부터 전류를 원하는 RTD(예를 들어, 503c)를 통해 흐르게 한다. 도시된 바와 같이, 도 5b의 예시적인 멀티플렉서(524)는 각각 RTD들(503c 및 503d)와 통신하는 채널들(A 및 B)을 포함한다. 따라서, RTD들(503c, 503d) 중 특정 하나의 온도를 측정할 때, 제어기(512b)는 전류가 전류 공급원(530b)으로부터 그리고 멀티플렉서(524)의 적절한 채널을 통해 그리고 원하는 RTD(503c, 503d)를 통해 접지(540b)로 공급되게 하여 그에 따라 전압 강하를 야기한다.

도시된 예시들에서, 복수의 RTD들(503c, 503d) 중 원하는 하나의 전압 강하를 측정하기 위해, 측정 회로(510b)는 각각 RTD들(503c 및 503d)에 대응되는 채널들(A 및 B)을 갖는 디멀티플렉서(526)를 포함한다. 제어기(512b)는 디멀티플렉서(526)가 원하는 RTD에 따라 채널 A 또는 B로부터 신호를 전송하도록 지시할 수 있다. 디멀티플렉서(526)의 출력은 RTD들(503c, 503d) 중 하나의 전압 강하를 나타내고 RTD의 저항, 따라서 온도를 나타내는 신호를 수신하기 위해 제어기(512b)로 보내질 수 있다.

일부 실시 예들에서, 디멀티플렉서(526)의 출력은 접지에 연결되지 않거나 높은 임피던스를 갖는다. 따라서, 각각의 멀티플렉서(524) 채널(예를 들어, 채널 A)을 통해 RTD(예를 들어, 503c)로 흐르는 전류는 RTD를 통해서만 흐를 것이다. RTD(예를 들어, 503c)의 결과적인 전압은 디멀티플렉서(526)의 각각의 입력 채널(예를 들어, 채널 A)에 유사하게 존재하고, 제어기(512b)에 의해 수신되기 위해 그로부터 출력될 수 있다. 일부 예시들에서, 제어기(512b)에 직접 인가되는 대신에, 디멀티플렉서(526)의 출력에서 RTD(예를 들어, 503c) 양단의 전압이, 전압을 측정하기 위해, 차동 증폭기(534b)의 제1 입력에 인가될 수 있다. 증폭기(534b)는 결과적인 증폭을 제어기(512b)에 출력하기 전에 예를 들어 디멀티플렉서(526)의 출력에서의 전압을 기준 전압과 비교하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 본원에 기술된 바와 같이, 제어기(512b)에 의해 수신되기 위해 디멀티플렉서(526)로부터 출력된 신호는 제어기(512b)에 의해 직접 수신될 수 있지만, 꼭 그럴 필요는 없다. 오히려, 일부 실시 예들에서, 제어기(512b)는 디멀티플렉서(526)로부터의 출력 신호에 기초하여 증폭기(534b)로부터의 출력 신호와 같은, 디멀티플렉서(526)의 출력에서 신호에 기초한 신호를 수신할 수 있다. 도 5a와 관련하여 설명된 예시와 유사하게, 일부 실시 예들에서, 제어기(512b)는 복수의 입력들을 포함할 수 있고 복수의 RTD들(예를 들어, 503c, 503d) 각각의 전압 강하 및/또는 저항을 나타내는 신호를 동시에 수신할 수 있다.

일부 예시들에서, 측정 회로(510b)는 제2 전류 공급원(532b)과 접지(540b) 사이에 위치된 기준 저항(516)을 포함할 수 있다. 전류 공급원(532b)은 알려진 저항의 기준 저항(516)을 통해 접지에 일정한 알려진 전류를 제공하여 기준 저항(516)에 걸쳐 일정한 전압 강하를 일으킨다. 일정한 전압은 전류 공급원(532b)으로부터의 알려진 전류 및 기준 저항(516)의 알려진 저항 값에 기초하여 계산될 수 있다. 일부 예시들에서, 기준 저항(516)은 RTD들(503c, 503d)에 인접한 센서 헤드에 위치하고 RTD들(503c, 503d)와 유사하게 배선된다. 그러한 일부 실시 예들에서, 배선의 알려지지 않은 저항으로 인한 임의의 알려지지 않은 전압 강하는 기준 저항(516)에 대한 것이고 RTD들(503c, 503d)은 대략 동일하다. 도시된 예시에서, 기준 저항 (516)은 일 측에서 접지(540b)로 그리고 다른 측에서 차동 증폭기(534b)의 제2 입력에 연결된다. 따라서, 기준 저항(516)과 조합된 전류 공급원(532b)은 차동 증폭기(534b)의 제2 입력에 알려진 일정한 전압을 제공하도록 작용할 수 있다(예를 들어, 기준 저항(516)에 기인한, 플러스 배선에 기인한 가변 전압). 따라서, 일부 이러한 예시들에서, 차동 증폭기(534b)의 출력은 배선 저항에 영향을 받지 않으며, 제어기(512b)에 공급될 수 있다.

예시된 실시 예에 도시되고 본원에 기술된 바와 같이, 차동 증폭기(534b)는 하나의 입력에서 디멀티플렉서(526)의 출력으로부터 RTD(예를 들어, 503c) 양단의 전압 및 다른 입력에서 기준 저항(516) 양단의 기준 전압을 수신할 수 있다. 따라서, 차동 증폭기(534b)의 출력은 RTD 양단의 전압 강하와 기준 저항(516) 양단의 알려진 전압 강하 사이의 전압 차이를 나타낸다. 차동 증폭기(534b)의 출력은 궁극적으로 RTD(예를 들어, 503c)의 온도를 결정하기 위해 제어기(512b)에 의해 수신될 수 있다. 예시적인 측정 회로가 도 5b에 도시되어 있지만, RTD의 온도 측정은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 임의의 다양한 방식으로 수행될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, RTD 양단의 전압 강하는 아날로그 입력 신호로서 제어기(512b)에 의해 직접 수신될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, RTD의 저항인 알려진 커패시턴스(C) 및 저항(R)을 갖는 RC 회로의 완화 시간이 RTD의 저항을 결정하는데 사용될 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 이러한 측정은 기준(예를 들어, 기준 저항(516))을 사용하지 않고 임의의 배선의 저항 효과를 제거할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 제어기(512b)는 멀티플렉서(524)와 디멀티플렉서(526)를 일제히 작동시켜 어떤 RTD가 분석되고 있는지를 알 수 있게 한다. 예를 들어, 도 5b의 예시적인 예와 관련하여, 제어기(512b)는 채널(A)에서 멀티플렉서(524)와 디멀티플렉서(526)를 작동시켜서 전류 공급원(530b)으로부터의 전류가 디멀티플렉서(526)를 통해 차동 증폭기(534b)와 통신하는 동일한 RTD(503c)를 통해 흐르게 한다.

복수의 RTD들(503c, 503d)이 멀티플렉서(524) 및 디멀티플렉서(526)의 상이한 채널들과 통신하는 도 5b에 도시된 바와 같은 예시적인 구성에서, 제어기(512b)는 각각의 RTD들(503c, 503d)의 온도 측정을 수행하기 위해 멀티플렉서(524) 및 디멀티플렉서(526)의 동작 채널을 스위칭하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시 예들에서, 제어기는 각각의 RTD들(503c, 503d) 각각의 온도 측정을 수행하기 위해 각각의 멀티플렉서(524) 및 디멀티플렉서(526) 채널들을 순환할 수 있다.

본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 일부 예시들에서, 제어기(512b)는 하나 이상의 열전 디바이스들(예를 들어, 502c, 502d)의 온도 조정 작동을 제어할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 제어기(512b)는 멀티플렉서(524) 및 디멀티플렉서(526)를 통해 대응되는 RTD의 온도를 측정하기 전에 열전 디바이스에 전력을 계속 인가하거나 이를 중단할 수 있다. 유사하게, 온도 제어 회로(514b)를 통해 열전 디바이스에 전력을 인가하면, 제어기(512b)는 멀티플렉서(524) 및 디멀티플렉서(526)에서 열전 디바이스와 관련된 채널(들)을 끌 수 있다. 일부 실시 예들에서, 각각의 개별 열전 디바이스에 대해, 제어기(512b)는 온도 제어 회로(514b) 및 측정 회로(510b)(멀티플렉서(524) 및 디멀티플렉서(526)를 포함)를 사용하여 별개의 온도 제어 및 측정 동작 모드 사이를 스위칭할 수 있다.

도 5a 및 도 5b의 예시적인 예시들에서 두 개의 열전 디바이스들(502c, 502d)을 포함하지만, 다른 실시 예들에서는 임의의 수의 열전 디바이스들이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 일부 예시들에서, 디멀티플렉서(526) 및/또는 멀티플렉서(524)는 열전 디바이스들의 어레이에서 작동하는 열전 디바이스들(그리고 일부 예시들에서, RTD들과 같은 대응되는 온도 감지 요소들)만큼 적어도 많은 동작 채널들을 포함할 수 있다. 제어기(512b)는 열전 디바이스들에 전력을 인가하여 각각의 열전 디바이스를 개별적으로 원하는 온도로 가열 또는 냉각 시키도록 구성될 수 있다. 일부 예시들에서, 제어기는 열전 디바이스의 온도를 모니터링하기 위해 열전 디바이스 또는 대응되는 RTD와 인터페이스할 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 복수의 열전 디바이스들(102a-d)은 유체 유동 시스템에서 공정 유체의 유동 경로에 배치될 수 있다. 일부 경우에, 공정 유체는 유동 경로(106)의 벽, 센서, 프로세스 기구(예를 들어, 공정 유체가 흐르는 사용 디바이스(105)) 등과 같은 다양한 유체 유동 시스템 구성 요소들 상에 침전물(예를 들어, 스케일(scale), 바이오필름(biofilm), 아스팔텐(asphaltene), 왁스(wax) 침전물 등)을 형성하는 성분을 포함할 수 있다. 일부 예시들에서, 유체 유동 경로 내의 열전 디바이스(102a-d) 상에 형성되는 침전물은 열전 디바이스와 공정 유체 사이의 단열층으로서 작용할 수 있으며, 이는 열전 디바이스의 열적 거동에 영향을 줄 수 있다.

따라서, 일부 예시들에서, 유체 유동 경로 내의 하나 이상의 열전 디바이스들의 열적 거동을 관찰하는 것은 열전 디바이스들(예를 들어, 102a-d)에 존재하는 침전물 레벨에 관한 정보를 제공할 수 있다. 도 6a 내지 도 6e는 열전 디바이스에서의 침전물 레벨을 특성화하기 위해 사용될 수 있는 열전 디바이스의 예시적인 열적 거동을 도시한다.

도 6a는 열전 디바이스와 공정 유체 사이의 온도차(

)의 크기 및 열전 디바이스에 인가된 전류의 크기 대 시간의 그래프를 도시한다. 도시된 예시에서, 열전 디바이스에 전류가 인가된다(예를 들어, 도 5a의 온도 제어 회로(514a)의 채널(A)을 통해 열전 디바이스(502a)에 인가된 평활화된 DC 전류). 다양한 예시들에서, 전류의 방향은 열전 디바이스의 온도가 공정 유체의 온도로부터 벗어나게 할 수 있다(

의 크기 증가). 예를 들어, 일부 경우에, 음의 전류는 열전 디바이스 온도가 공정 유체의 온도에 비해 감소되게 할 수 있다.

도시된 실시 예에서, 크기 I₀을 갖는 전류가 열전 디바이스에 인가되어, 공정 유체 온도와

의 온도 차이를 초래한다. 시간 t₀에서, 전류가 제거되고 (또는 크기 감소), 열전 디바이스의 온도는 벌크 유체 온도를 향하는 경향이 시작된다(

=0). 즉, 열전 디바이스와 공정 유체 사이의 온도 차이가 0을 향해서 감쇠한다. 도시된 예시에서, 깨끗한(실선), 그리고 더러운(파선) 열전 디바이스들의 온도 프로파일들이 도시되어 있다. 각각의 열전 디바이스는 공정 유체의 온도에서 멀어지는 온도

가되지만(같은 온도일 필요는 없음), 오염된 열전 디바이스 상의 침전물이 열전 디바이스와 공정 유체 사이에 단열을 제공하기 때문에 깨끗한 열전 디바이스의 온도는 오염된(코팅된) 열전 디바이스보다 더 빠르게 공정 유체의 온도를 향하는 경향이 있다. 즉, 깨끗한 열전 디바이스의 온도차

는 오염된 열전 디바이스보다 빠르게 0을 향해서 감쇠한다. 일부 실시 예들에서, 온도차의 감쇠 프로파일은 열전 디바이스 상에 존재하는 침전물의 양을 결정하기 위해 분석될 수 있다.

예를 들어, 도 2를 참조하면, 제어기(212)는 온도 제어 회로(214)를 통해 열전 디바이스(202)의 온도를 조정할 수 있다. 일부 예시들에서, 제어기(212)는 측정 회로(210)를 통해 열전 디바이스(202)의 온도를 측정하기 위해 주기적으로 측정 모드로 스위칭할 수 있다. 시간 t₀에서, 제어기(212)는 온도 제어 회로(214)를 통해 열전 디바이스(202)에 전력을 인가하는 것을 중단하고 열전 디바이스와 공정 유체 사이의 온도차

가 공정 유체로 인해 0으로 감소함에 따라 측정 회로(210)를 통해 열전 디바이스(202)의 온도를 모니터링하기 위해 측정 모드로 스위칭한다. 열전 디바이스(202)와 공정 유체 사이의 온도차

의 감쇠 프로파일은 측정 회로(210)를 통해 제어기(212)에 의해 모니터링될 수 있다. 일부 예시들에서, 제어기(212)는 열전 디바이스(202) 상의 침전물 레벨을 결정하기 위해 온도 변화 프로파일(예를 들어, 0으로의

의 감쇠)을 분석하도록 구성된다. 예를 들어, 제어기(212)는 감쇠 프로파일을 시상수를 갖는 지수 함수와 같은 함수에 맞출 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 피팅(fitting) 파라미터들은 침전물 레벨을 결정하는데 사용될 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 시간에 따른 온도 감쇠 프로파일은 이중 지수 함수에 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 이중 지수 감쇠 모델의 제1 부분은 유동 시스템을 통해 흐르는 공정 유체로 인한 온도 변화를 나타낼 수 있다. 이중 지수 감쇠 모델의 제2 부분은 가열된 열전 디바이스로부터 와이어, 샘플 홀더(예를 들어, 도 1의 104) 또는 다른 구성 요소와 같은 다른 구성 요소로의 온도 전도성을 나타낼 수 있다. 이러한 일부 실시 예들에서, 이중 지수 피팅 함수는 동일한 함수에서 두 온도 전도 원들을 독립적으로 나타낼 수 있고, 이러한 온도 변화의 상대적인 양 및 타이밍을 반영하도록 가중치가 부여될 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 이중 지수 감쇠 모델의 제1 부분에서의 피팅 파라미터는 유체와 인터페이스하는 열전 디바이스의 표면 상의 침전물 레벨을 나타낸다. 따라서, 일부 이러한 실시 예들에서, 지수의 제2 부분은 특성화된 침전물 레벨에 기여하지 않는다. 다른 피팅 함수가 이러한 이중 지수 함수에 더하여 또는 대안적으로 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

일부 경우에, 열전 디바이스가 공정 유체와 평형에 도달한 후 온도 변화를 멈추면, 침전물 특성화에 특정 피팅 함수를 사용하는 것은 왜곡될 수 있다. 따라서, 다양한 실시 예들에서, 제어기(212)는 열전 디바이스가 열 평형에 도달하기 전에 열전 장치의 가열 또는 냉각을 다시 시작하고 및/또는 열전 디바이스가 공정 유체와 평형에 도달하기 전에 수집된 온도 데이터를 열전 디바이스의 열적 프로파일과 연관시키는 것을 중지하도록 구성된다. 그렇게 하면 정상 상태 데이터가 열전 디바이스의 열적 프로파일 분석을 바람직하지 않게 변경하는 것을 방지할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 피팅 함수는 피팅 함수를 왜곡시키지 않으면서 열전 디바이스 온도 및 공정 유체 온도의 평형을 설명할 수 있다. 이러한 일부 실시 예들에서, 피팅 함수의 유형 및/또는 피팅 함수에서의 가중 인자는 이러한 온도 평형을 설명하기 위해 사용될 수 있다.

일부 실시 예들에서, 깨끗한 열전 디바이스와 오염된 열전 디바이스 사이의

감쇠 프로파일의 차이는 오염된 열전 디바이스 상의 침전물 레벨을 결정하는데 사용될 수 있다. 깨끗한 열전 디바이스의

감쇠 프로파일은 메모리로부터 리콜되거나 침전물이 없는 것으로 알려진 열전 디바이스로부터 결정될 수 있다. 일부 경우에, 시상수와 같은 피팅 파라미터는 온도-독립적일 수 있다. 따라서, 일부 이러한 실시 예들에서, 깨끗하고 오염된 열전 디바이스들이 그들의

감쇠 프로파일들의 양태를 비교하기 위해 공정 유체에 대해 동일한 온도로 될 필요는 없다.

도 6b는 열전 디바이스의 온도 및 열전 디바이스에 인가된 전류 대 시간의 그래프를 도시한다. 도시된 예시에서, 음의 전류가 열전 디바이스에 인가되고(예를 들어, 도 5a의 온도 제어 회로(514a)의 채널(A)을 통해 열전 디바이스(502a)에 인가된 평활화된 DC 전류), 이는 열전 디바이스가 공정 유체의 온도 T₀보다 낮은 온도 T₁에서 작동하게 한다.

시간 t₀에서, 전류가 제거(또는 크기 감소)되고, 열전 디바이스의 온도는 벌크 유체 온도 T₀를 향해 상승하기 시작한다. 도시된 예시에서, 깨끗한(실선) 그리고 오염된(파선) 열전 디바이스의 온도 프로파일들이 도시되어 있다. 깨끗하고 오염된 열전 디바이스들은 각각 T₀ 미만의 온도로 냉각되지만, 오염된 열전 디바이스 상의 침전물이 열전 디바이스와 공정 유체 사이에 단열을 제공하기 때문에 깨끗한 열전 디바이스는 오염된(코팅된) 열전 디바이스보다 T₀으로 더 빨리 데워진다. 본원의 다른 곳에 언급된 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 온도 프로파일(예를 들어, 온도 증가 프로파일)은 열전 디바이스 상에 존재하는 침전물의 양을 결정하기 위해 분석될 수 있다. 도시된 예시는 깨끗하고 오염된 열전 디바이스들이 동일한 온도 T₁로 냉각되는 것을 보여주지만, 열전 디바이스들은 온도 프로파일이 분석될 때마다 또는 침전물의 양이 결정될 때마다 동일한 온도(예를 들어, T₁)로 일반적으로 냉각될 필요는 없다는 것을 이해할 수 있다.

도 6c는 열전 디바이스의 온도(T) 대 시간의 그래프를 도시한다. 도시된 예시에서, 열전 디바이스는 온도가 모니터링되는 동안 정상 상태(예를 들어, 공정 유체와 열 평형)로부터 냉각된다. 온도가 가열 또는 냉각된 상태로부터 평형 온도로 복귀하는 도 6a 및 도 6b의 온도 모니터링과는 달리, 열전 디바이스의 온도는 냉각 공정 동안 모니터링된다. 즉, 열전 디바이스의 온도를 모니터링하는 것은 열전 디바이스의 온도가 감소함에 따라 실질적으로 동시에 수행된다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 도 6c에 도시된 것과 같은 그래프를 달성하기 위해, 거의 즉각적인 온도 측정을 위해 열전 디바이스는 온도 제어 모드에서 측정 모드로 빠르게 스위칭되고 온도 제어 모드로 다시 스위칭될 수 있고, 이때 공정 유체로 인해 측정 중에 열전 디바이스의 온도가 크게 변하지 않는다. 이러한 절차에서, 열전 디바이스의 온도는 온도 제어 회로를 통해 감소되고 시간에 따른 열전 디바이스의 냉각 프로파일을 결정하기 위해 주기적으로 측정 회로를 통해 샘플링될 수 있다. 다른 예시에서, 도 5b에 도시된 것과 같은 구성이 사용될 수 있으며, 여기서, 예를 들어 열전 디바이스(예를 들어, 502c)는 냉각될 수 있고 열전 디바이스(예를 들어, 502c)의 온도는 별도의 구성 요소(예를 들어, RTD 503c)에 의해 동시에 모니터링될 수 있다.

온도 대 시간 그래프인 것으로 도시되어 있지만, 도 6c는 열전 디바이스와 공정 유체의 온도 사이의 온도 차이(또는 그 절대 값) 대 시간의 그래프로서 유사하게 표현될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 열전 디바이스와 공정 유체 사이의 온도 차이의 절대 값(|

|) 대 시간의 그래프는 데이터가 0에서 시작하고(즉, 열전 디바이스가 공정 유체와 열 평형 상태에 있음) 온도가 공정 유체의 온도에서 벗어날 때 상승한다는 점을 제외하고는 도 6c의 그래프와 유사하게 형성될 것이다. 이 그래프(|

| 대 시간)는 열전 디바이스가 공정 유체에 대해 가열 또는 냉각되는지 여부에 관계없이 유사한 형상을 가질 것이다.

위에서 논의된 도 6a 및 6b와 유사하게, 도 6c의 그래프는 두 개의 곡선들을 포함하는데, 하나는 깨끗한 열전 디바이스(실선)를 나타내고 다른 하나는 오염된 열전 디바이스(파선)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 오염된 열전 장치는 오염된 열전 디바이스 상의 침전물이 공정 유체의 평형 효과로부터 열전 디바이스를 단열시키기 때문에 깨끗한 열전 디바이스보다 훨씬 빠르게 온도가 변한다. 따라서, 일부 예시들에서, 열전 디바이스의 온도 변화 프로파일은 예를 들어 온도 프로파일을 함수에 맞추는 것에 의해 열전 디바이스 상의 침전물 레벨을 결정하는데 사용될 수 있다.

일부 실시 예들에서, 열전 디바이스 온도 변화에 관한 특성을 관찰하는 대신에, 열전 디바이스에 필요한 양의 전력을 인가함으로써 열전 디바이스가 고정된 작동 온도로 상승할 수 있다. 도 6d는 시간이 지남에 열전 디바이스를 일정한 온도에서 따라 유지하는데 필요한 전력의 그래프를 도시한다. 도시된 바와 같이, 열전 디바이스 및 공정 유체가 평형 상태에 도달함에 따라 깨끗한 열전 디바이스(실선)를 일정한 온도로 유지하는데 필요한 전력은 시간이 지남에 따라 비교적 일정하게 유지된다. 그러나, 시간이 지남에 따라 열전 디바이스 상에 침전물이 형성되면 (오염된 열전 디바이스를 나타내는 점선으로 도시된 바와 같이), 침전물의 단열 특성은 열전 디바이스를 공정 유체의 평형 효과로부터 막는다. 따라서, 침전물이 시간이 지남에 따라 형성됨에 따라, 공정 유체 온도와 다른 일정한 온도를 유지하기 위해 열전 디바이스에 더 적은 전력이 인가될 것이 요구된다.

도 5a를 참조하면, 일부 실시 예들에서, 제어기(512a)는 온도 제어 회로(514a)를 통해 열전 디바이스(예를 들어, 502a)의 온도를 조정하도록 구성된다. 제어기(512a)는 온도 제어 회로 동작(514a)에 대한 피드백을 제공하는 방식으로 측정 회로(510a)를 통해 열전 디바이스(예를 들어, 502a)의 온도를 주기적으로 측정할 수 있다. 즉, 제어기(512a)는 측정 회로를 통해 열전 디바이스(예를 들어, 502a)의 온도를 결정할 수 있고 온도 제어 회로(514a)를 통해 열전 디바이스(예를 들어, 502a)에 인가된 전력을 조정하여 열전 디바이스에서 원하는 온도를 달성하고 유지할 수 있다. 이러한 일부 실시 예들에서, 제어기는 온도를 측정하는 동안 열전 디바이스의 온도가 크게 변하지 않도록 온도 제어 모드와 측정 모드 사이에서 빠르게 스위칭된다. 다양한 예시들에서, 제어기(512a)는 예를 들어 크기, 듀티 사이클 또는 제어기(512a)에 의해 제어되는 온도 제어 회로(514a)의 하나 이상의 구성 요소부터 적용된 다른 파라미터를 통해 열전 디바이스(예를 들어, 502a)에 얼마나 많은 전력이 인가되는지를 결정할 수 있다.

다른 예시들에서, 도 5b를 참조하면, 전력은 온도 제어 회로(514b)를 통해 열전 디바이스(예를 들어, 502c)에 지속적으로 인가될 수 있는 한편 열전 디바이스의 온도는 별도의 구성 요소를 통해 측정된다(예를 들어, RTD(503c) 및 측정 회로(510b)). 제어기(512b)는 열전 디바이스(502c)의 온도를 유지하기 위해 필요한 전력을 조정하기 위한 피드백 신호로서 측정 회로(510b)로부터 수신된 데이터를 사용할 수 있다.

일부 예시들에서, 열전 디바이스를 고정된 온도로 유지하는데 필요한 전력량은 깨끗한 열전 디바이스를 고정된 온도로 유지하는데 필요한 전력과 비교된다. 비교는 열전 디바이스 상의 침전물 레벨을 결정하는데 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 열전 디바이스를 시간에 따라 고정된 온도로 유지하기 위해 필요한 전력의 프로파일을 사용하여 열전 디바이스 상의 침전물 레벨을 결정할 수 있다. 예를 들어, 열전 디바이스를 고정된 온도로 유지하는 데 필요한 전력 변화율은 침전물의 침전율을 나타낼 수 있으며, 이는 일정 시간 후의 침전물 레벨을 결정하는데 사용될 수 있다.

다른 실시 예에서, 열전 디바이스는 온도 제어 회로를 통해 열전 디바이스에 일정한 양의 전력을 인가하고 열전 디바이스의 결과적인 온도를 관찰함으로써 온도 제어 모드에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 동작 동안, 제어기는 온도 제어 회로를 통해 열전 디바이스에 일정한 전력을 제공하고 측정 회로를 통해 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 측정할 수 있다. 온도 제어 모드(정전력 인가)에서 측정 모드로 스위칭하고(온도 측정을 위해) 다시 온도 제어 모드(정전력 인가)로 스위칭하는 것은 온도 측정 동안 열전 디바이스의 온도가 크게 변하지 않도록 빠르게 수행될 수 있다. 대안적으로, 도 5b와 관련하여 전술한 동작 구성과 유사하게, 일정한 전력이 열전 디바이스에 인가될 수 있는 한편, 열전 디바이스의 온도는 예를 들어 RTD를 통해 연속적으로 모니터링될 수 있다.

도 6e는 온도 제어 회로를 통해 일정한 전력이 인가되는 열전 디바이스의 온도 대 시간의 그래프이다. 깨끗한 열전 디바이스(실선)의 경우, 인가된 정전력의 결과적인 온도는 시간의 흐름에 따라 거의 일정하다. 그러나 오염된 열전 디바이스(파선)의 온도는 시간의 흐름에 따라 변한다. 일부 열전 디바이스의 온도 변화 방향은 디바이스에 인가되는 전력의 극성에 따라 다르다. 도시된 예시에서, 오염된 열전 디바이스의 온도는 예를 들어 열전 디바이스의 온도를 감소시키는 방향으로 열전 디바이스에 전력을 인가함으로써 시간이 지남에 따라 감소한다. 본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 열전 디바이스 상에 침전물이 형성됨에 따라, 침전물은 열전 디바이스를 공정 유체의 냉각 효과로부터 단열시킨다. 일반적으로, 침전물이 두꺼울수록 단열 특성이 더 커지고, 따라서 동일한 전력을 열전 디바이스에 적용함으로써 공정 유체 온도와의 온도 편차가 더 커진다. 본원의 다른 곳에서 설명된 예시들 유사하게, 벌크 공정 유체 온도(

) 또는 그 절대 값(|

|)과의 온도 차이에 대한 유사한 분석은 시간에 따라 유사하게 분석될 수 있음을 이해할 것이다.

일부 실시 예들에서, 일정한 전력이 각각에 인가될 때 깨끗한 열전 디바이스와 테스트 중인 열전 디바이스 사이의 온도 차이는 테스트 중인 열전 디바이스 상의 침전물 레벨을 결정하는데 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일정한 인가 전력에 기초한 온도 증가율은 열전 디바이스 상의 침전물의 침전 속도에 관한 정보를 제공할 수 있고, 이는 열전 디바이스 상의 침전물 레벨을 결정하는데 사용될 수 있다.

도 6a 내지 도 6e를 참조하여, 열전 디바이스 상의 침전물을 특성화하기 위한 다양한 프로세스가 설명되었다. 이러한 프로세스는 일반적으로 온도 제어 회로를 통해 열전 디바이스의 온도를 변경하고 측정 회로를 통해 열전 디바이스의 온도를 측정하는 것을 포함한다. 본원의 다른 곳에서 논의된 바와 같이, 열전 디바이스의 온도는 직접 측정될 수 있거나, 일부 실시 예에서 RTD와 같은 다른 디바이스를 통해 측정될 수 있다. 열전 디바이스의 열적 거동(예를 들어, 온도 증가 또는 감쇠 프로파일, 미리 결정된 온도에 도달하기 위해 필요한 인가 전력, 미리 결정된 인가 전력에서 달성된 온도)의 변화는 열전 디바이스 상에 침전물 형성의 증거를 제공한다. 일부 예에서, 이러한 변화는 열전 장치 상의 침전 레벨을 결정하는데 사용될 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 공정 유체로부터 열전 디바이스 상으로의 임의의 침전을 관찰 또는 검출하기 위해 이러한 프로세스들 중 하나 이상을 수행하기 위해 제어기는 온도 제어 회로 및 측정 회로와 인터페이스하도록 구성될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조한 예시적인 구현에서, 열전 디바이스(예를 들어, 102a)는 온도 제어 회로(예를 들어, 214)를 통해 사용 디바이스(105)의 작동 온도와 일치하거나 대략 일치하도록 조정될 수 있다. 공정 유체의 구성 성분의 침전은 종종 온도에 의존하기 때문에, 열전 디바이스의 온도를 사용 디바이스의 작동 온도로 상승시키는 것은 열전 디바이스에서 사용 디바이스의 표면을 시뮬레이션할 수 있다. 따라서, 열전 디바이스에서 검출된 침전물이 사용 디바이스에서의 침전물을 추정하기 위해 사용될 수 있다.

일부 예시들에서, 사용 디바이스는 침전물이 존재할 때 기능이 저하된다. 예를 들어, 사용 디바이스가 열 교환 표면을 포함하는 열 교환기 시스템에서, 열 교환 표면에 형성된 침전물은 열 교환 표면이 열을 전달하는 능력에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서, 열전 디바이스에서 검출된 충분한 디포(depots)는 시스템 오퍼레이터에게 열교환 표면에서의 침전물에 대해 경고할 수 있고, 정정 조치가 취해질 수 있다(예를 들어, 열 교환 표면 청소). 그러나, 사용 디바이스를 시뮬레이션하는 열전 디바이스가 시스템 오퍼레이터가 사용 디바이스에서 침전물의 존재를 검출할 수 있게 하더라도, 검출된 침전물을 처리(예를 들어, 세정 등)하기 위해서는 침전이 이미 발생하였기 때문에 비용이 많이 드는 시스템 다운타임 및 유지 보수가 필요할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 일부 경우에, 세정 공정을 위해 제거된 경우에도 다양한 침전물이 양호하게 세정되지 않아, 사용 디바이스가 덜 효과적 일 수 있다.

따라서, 일부 실시 예들에서, 복수의 열전 디바이스들(예를 들어, 102a-d)은 단일 유체 유동 경로(예를 들어, 106)에 배치될 수 있고 공정 유체 및/또는 유체 유동 시스템(예를 들어, 100)을 특성화하는데 사용될 수 있다. 도 1을 참조하면, 예시적인 구현에서, 유체 유동 시스템(100)의 사용 디바이스(105)는 전형적으로 작동 온도 T0에서 작동한다. 열전 디바이스들(102a-d)은 T0보다 공정 유체로부터 침전물의 침전을 유발할 가능성이 더 높은 온도에 일치하거나 대략 일치하도록 조정될 수 있다. 다양한 공정 유체는 공정 유체로부터 침전될 수 있는 구성 성분들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 공정 유체는 고온에서 표면 상에 침전물을 형성할 수 있는 칼슘 및/또는 황산 마그네슘, 카보네이트 및/또는 실리케이트를 포함할 수 있다. 다른 예시들에서, 예를 들어, 고온에서 가용성이지만 저온에서 침전되는 아스팔텐, 왁스 또는 유기 물질을 포함하는 공정 유체는 더 차가운 온도 표면 상에 침전물을 형성할 가능성이 더 높다.

이러한 공정 유체는 침전물에 따라 고온 또는 저온 표면에 침전물을 생성하기 쉽다. 이러한 예시에서, 열전 디바이스 상에 침전물을 유도하고 열전 디바이스 상에 형성된 침전물을 특성화하기 위해, 복수의 열전 디바이스들(102a-d) 중 하나 이상이 사용 디바이스(105)의 전형적인 작동 온도보다 높거나 낮은 온도로 조정된다. 이것은 또한, 하나 이상의 열전 디바이스들 상에 형성되는 아스팔텐 및/또는 왁스 침전물을 야기할 수 있는 평소보다 낮은 온도에서와 같은, 침전물 형성이 평소보다 더 많은 경우에 사용 디바이스(105) 작동을 위한 "최악의 경우"를 나타낼 수 있다.

예를 들어, 도 5a를 참조하면, 예시적인 실시 예에서, 열전 디바이스들(502a, 502b) 각각은 온도 제어 회로(514)의 채널들(A 및 B)을 통해 각각 다른 특성화 온도로 냉각된다. 예시적인 실시 예에서, 열전 디바이스들(502a, 502b) 각각의 특성화 온도는 유체 유동 시스템의 사용 디바이스의 전형적인 작동 온도에 있거나 그보다 낮다. 이러한 일부 예시들에서, 제어기(512a)는 열전 디바이스들(502a, 502b)을 그들의 각각의 특성화 온도로 유지하도록 온도 제어 회로(514a)를 제어한다. 제어기(512a)는 측정 회로(510a)를 통해 측정 모드에서 열전 디바이스들(502a, 502b)을 작동하도록 주기적으로 스위칭할 수 있다(예를 들어, 도 5a의 스위치(522) 사용).

다른 예시에서, 예를 들어, 도 5b와 관련하여, 제어기(512a)는 열전 디바이스들(502c, 502d)이 원하는 특성화 온도에서 작동하도록 열전 디바이스들(502c 및 502d)의 온도를 모니터링하면서(예를 들어, RTD들(503c 및 503d), 멀티플렉서(524) 및 디멀티플렉서(526) 및 전류 공급원(530b, 532b)을 통해) 온도 제어 회로(514b)를 통해 열전 디바이스들(502c 및 502d)을 동시에 냉각 시키도록 구성될 수 있다.

작동 중, 열전 디바이스들을 그들의 각각의 특성화 온도로 유지한 후, 제어기는 도 6a 내지 도 6e 중 어느 하나에 대해 전술한 것과 같은 침전 특성화 프로세스를 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 온도 제어 모드에서 열전 디바이스의 온도를 동시에 및/또는 교대로 제어하고 측정 모드에서 열전 디바이스의 온도를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 예시들에서, 제어기는 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 관찰하여 열전 디바이스의 열적 거동을 관찰하도록 구성된다. 일부 예시에서, 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 관찰하는 것은 온도 제어 모드와 측정 모드 사이를 주기적으로 스위칭하고 열전 디바이스의 열적 거동의 변화를 관찰하는 것을 포함한다. 다른 예시에서, 온도를 주기적으로 관찰하는 것은 열전 디바이스의 온도를 동시에 제어 및 측정하는 것을 포함할 수 있다. 도 6a 내지 도 6e와 관련하여 설명된 바와 같이, 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 관찰하는 것(예를 들어, 온도 제어 모드와 측정 모드 사이의 스위칭 또는 열전 디바이스의 온도를 동시에 조정 및 측정)은 다양한 방식으로 수행될 수 있다.

예를 들어, 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 관찰하는 것은, 다시 온도를 제어하기 전에 열전 디바이스의 온도 변화 프로파일을 관찰하기 위해(예를 들어, 도 6a에서와 같이) 일정 기간 동안 측정 모드로 전환하기 전에 온도 제어 모드에서 열전 디바이스를 비-평형 온도로 가져온 후를 포함 할 수 있다. 유사하게, 열전 디바이스에 전력을 인가함으로써 열전 디바이스의 온도가 비-평형 온도(예를 들어, 공정 유체에 대한 냉각 온도)가 될 수 있다. 이 시간 동안, 열전 디바이스의 온도는 대응되는 RTD와 같은 인접 디바이스를 통해 측정될 수 있다. 전력이 열전 디바이스에 인가되는 것을 중단할 수 있고 열전 디바이스의 온도 변화 프로파일은 인접 디바이스(예를 들어, RTD)에 의해 측정된 온도를 계속 모니터링함으로써 관찰될 수 있다. 열전 디바이스의 열적 거동에서 관찰된 변화는 시간에 따른 온도 프로파일에 의해 입증된 시상수의 변화를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이 |

|의 감쇠에서).

다른 예시에서, 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 관찰하는 것은 온도 제어 모드와 측정 모드 사이를 주기적으로 스위칭하는 것을 포함할 수 있고 측정 모드로 빠르게 전환하면서 열전 디바이스의 온도를 샘플링하고 온도 조절 모드로 돌아가 온도 조정을 계속하면서 열전 디바이스의 온도를 조정하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 6c에서와 같이). 다른 예시에서, 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 관찰하는 것은, 온도 제어 모드에서 열전 디바이스의 온도를 조정하면서, 측정 모드에서 RTD와 같은 인접 디바이스를 통해 열전 디바이스의 온도를 동시에 관찰하는 것을 포함할 수 있다. 유사하게, 열전 디바이스의 열적 거동의 변화는 온도 프로파일에서 입증된 시상수의 변화를 포함할 수 있다.

또 다른 예시에서 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 관찰하는 것은 온도 제어 모드와 측정 모드 사이를 주기적으로 스위칭하는 것을 포함할 수 있고 일정 온도가 유지되는 것을 확인하기 위해 측정 모드로 주기적으로 스위칭하면서 열전 디바이스를 일정한 온도로 유지하기 위해 열전 디바이스에 전력을 인가하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 6c에 도시된 바와 같이). 다른 예시에서, 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 관찰하는 것은, 열전 디바이스에 전력을 공급하면서, 인접 디바이스(예를 들어, RTD)를 통해 열전 디바이스의 온도를 동시에 관찰하는 것을 포함한다. 이러한 실시 예들에서, 열전 디바이스의 열적 거동의 변화는 열전 디바이스의 온도를 일정한 온도로 유지하기 위해 온도 제어 회로를 통해 인가되는 전력량의 변화를 포함할 수 있다.

대안적으로, 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 관찰하는 것은 온도 제어 모드와 측정 모드 사이를 주기적으로 스위칭하는 것을 포함할 수 있고 측정 모드에서 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 샘플링하면서 열전 디바이스에 일정한 인가된 전력을 적용하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 6d에 도시된 바와 같이). 다른 예시들에서, 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 관찰하는 것은 열전 디바이스에 일정한 전력을 인가하면서 RTD와 같은 인접 디바이스를 통해 열전 디바이스의 온도를 관찰하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 실시 예들에서, 열전 디바이스의 열적 거동의 변화는 일정한 인가 전력량으로 인해 열전 디바이스에 의해 달성되는 온도의 변화를 포함할 수 있다.

본원의 다른 곳에서 논의된 바와 같이, 열전 디바이스의 열적 거동에서의 이러한 변화를 관찰하는 것은 열전 디바이스 상의 침전물 레벨을 나타내거나 및/또는 이를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 일부 예시들에서, 제어기는 각각의 열전 디바이스들 상의 침전물 레벨을 특성화하기 위해 상이한 온도로 된(예를 들어, 아스팔텐, 왁스 또는 다른 공정 유체 구성 성분의 침전물을 유도하기 위한 온도로 냉각된) 복수의 열전 디바이스들에 대해 이러한 프로세스들 중 임의의 프로세스를 수행할 수 있다. 이러한 일부 예시에서, 제어기는 대응하는 채널들을 통해 각각의 열전 디바이스들에서 침전물 레벨을 개별적으로 특성화한다(예를 들어, 도 5b의 멀티플렉서(524) 및 디멀티플렉서(526)의 채널들(A 및 B)).

제어기는 각각의 열전 디바이스의 침전물 레벨을 해당 특성화 온도와 연관시키도록 구성될 수 있다. 즉, 제어기는 각각의 열전 디바이스에서 침전물 레벨을 결정하고, 침전물 레벨을 각각의 열전 디바이스들 각각의 초기 특성화 온도와 연관시킬 수 있다. 연관된 침전물 레벨 및 작동 온도는 유체 유동 시스템의 표면에 대한 침전의 온도 의존성을 특성화하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시 예에서, 사용 디바이스(예를 들어, 열 교환기 표면, 냉각기 또는 생성된 물 냉각기)의 전형적인 작동 온도가 열전 디바이스의 특성화 온도보다 높고, 침전물이 감소된 온도에 의해 유도된 경우, 사용 디바이스는 열전 디바이스보다 침전물이 적은 경향이 있을 것이다. 더욱이, 열전 디바이스 작동에 의해 특성화된 침전의 온도 의존성은 사용 디바이스 또는 유체 유동 시스템의 다른 부분에 침전물이 형성될 가능성을 추론하기 위해 사용될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 상이한 특성화 온도에서 작동하는 다양한 열전 디바이스들 상의 침전을 주기적으로 관찰하는 것은 침전의 발생의 일반적인 증가 또는 감소에 관한 정보를 제공할 수 있다. 공정 유체의 침전 특성의 이러한 변화는 공정 유체 내의 구성 성분의 온도 또는 농도의 변화와 같은 유체 유동 시스템에 영향을 미치는 다양한 인자들에 기인할 수 있다.

예시적인 동작에서, 특성화 열전 디바이스로부터 검출된 침전 및/또는 침전 속도의 증가는 사용 디바이스에 대한 침전 조건을 나타낼 수 있으며, 여기서 정상 동작 동안 사용 디바이스 상에 형성되는 침전물이 더 가능성이 높아진다. 침전 조건의 검출은, 공정 유체의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 것과 같이, 침전의 증가 원인을 결정하기 위해 후속 분석을 시작할 수 있다. 일부 경우에, 이는 예를 들어 제어기에 의해 자동으로 수행될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 공정 유체의 하나 이상의 파라미터들은 공정 유체로부터 유체 유동 시스템으로 침전된 침전물을 감소시키고 및/또는 이미 침전된 침전물을 제거하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 침전의 검출된 증가는 산 또는 다른 세정 화학 물질의 방출을 초래하여 침전물 제거를 시도할 수 있다. 유사하게, 일부 예시에서, 산, 스케일 억제제 화학 물질(scale inhibitor chemical), 분산제(scale dispersant), 살생물제(biocide)(예를 들어, 표백제 등)와 같은 화학 물질이 추가의 침전 가능성을 감소시키기 위해 공정 유체에 첨가될 수 있다. 일부 예시들에서, 저온 침전물(예를 들어, 왁스 침전물)은 공정 온도를 증가시키고(예를 들어, 증기 또는 히터를 통해) 및/또는 분산제 및/또는 계면 활성제와 같은 침착 억제제와 같은 화학 물질을 도입함으로써 해결될 수 있다. 아스팔텐 및 왁스에 대한 침전물 억제제의 일부 예시들은 노닐페놀 수지(nonylphenol resins), DDBSA(Dodecylbenzenesulfonic acid), 카다놀(cardanol), 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate), 폴리 에틸렌-부텐 및 폴리(에틸렌-프로필렌)을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.

일부 예시들에서, 시간에 따른 침전(예를 들어, 왁스 축적)의 증가는 그러한 침전을 억제하는 하나 이상의 전형적인 공정 유체 성분(예를 들어, 용매)의 부재 또는 감소에 기인할 수 있다. 이러한 구성의 부재 또는 감소는 예를 들어 장비 오작동 또는 저장조 또는 화학물 공급원으로부터의 화학 물질의 고갈로 인한 것일 수 있다. 구성 요소를 프로세스 유체로 재 도입하는 것은 공정 유체로부터 유체 유동 시스템으로의 침전양을 감소시키도록 작용할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 유체 작동 온도, pH, 알칼리성 등과 같은 침전물 형성 가능성에 영향을 줄 수 있는 다양한 유체 특성들은 유체 흐름 시스템에서 하나 이상의 센서들(예를 들어, 111)을 통해 측정될 수 있다. 이러한 인자를 조정하면 침전의 양 및/또는 가능성을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 검출된 침전 또는 다른 관찰된 침전 경향의 증가를 해결하기 위해 임의의 수의 단계들이 수행될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제어기는 침전물의 변화 또는 경향을 사용자에게 경고하도록 구성된다. 예를 들어, 다양한 실시 예들에서, 제어기는 침전률, 레벨 및/또는 그 변화가 특정 기준을 충족시키는 경우 사용자에게 경고할 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 기준은 온도 의존적이거나(예를 들어, 특정 특성화 온도를 갖는 열전 디바이스에서 발생하는 침전 레벨 또는 속도) 온도 독립적일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기는 공정 유체의 결정된 특성이 유체 성분의 농도가 너무 낮거나 너무 높은 경우(예를 들어, 침전 가능성 증가 또는 감소) 및/또는 침전의 양 및/또는 가능성에 영향을 줄 수 있는 다양한 유체 특성과 같은 특정 기준을 만족하는 경우 사용자에게 경고할 수 있다.

그러한 예시들에서, 사용자에게 경고하는 것은 시스템이 사용 디바이스 상에 침전물이 형성될 수 있는 환경을 향해 잠재적으로 향하는 경향이 있을 때 수행되어, 사용 디바이스에 상당한 침전물이 형성되기 전에 시정 및/또는 예방 조치가 취해질 수 있다. 일부 예시들에서, 사용자에게 경고는 사용자가 적절한 조치를 보다 잘 수행하도록 시스템을 통해 흐르는 공정 유체의 특성에 관한 정보와 같은 추가 정보를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시 예들에서, 제어기는 그러한 동작을 자동으로 수행하기 위해 다른 장 (예를 들어, 펌프, 밸브 등)와 인터페이스하도록 구성될 수 있다.

일부 시스템에서, 침전 표면 온도가 증가함에 따라 특정 침전이 더 가능성이 높아진다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 공정 유체로부터의 침전물을 의도적으로 유도하고 모니터링하기 위해 열전 디바이스(예를 들어, 502a, 502b)를 사용 디바이스의 전형적인 작동 온도 미만의 온도로 냉각시킬 수 있어 사용 디바이스가 원하지 않는 침전물의 위험이 있는 상황을 판단하는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 일부 실시 예에서, 사용 디바이스의 전형적인 온도보다 낮은 온도에서 작동하는 하나 이상의 열전 디바이스들에서 침전 특성을 관찰하는 것은 사용 디바이스에서의 실제 침전 위험을 최소화하면서 특정 표면 온도에서의 침전 경향 또는 이벤트를 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 경우에서, 상이한 열전 디바이스들을 상이한 온도로 낮추는 것은 제어기에 유체 유동 시스템에서 침전물 형성의 온도 의존성에 관한 정보를 제공하고, 유체 유동 시스템에서의 침전물 형성을 특성화하는데 추가로 사용될 수 있다.

열전 디바이스가 냉각되어 침전물을 유도하는 반복 또는 연장된 특성화 후에, 열전 디바이스는 효과적인 특성화를 위해 과하게 코팅될 수 있다. 이러한 일부 실시 예들에서, 복수의 열전 디바이스들(예를 들어, 102a-d)은 시스템 또는 사용 디바이스의 작동을 방해하지 않으면서 시스템으로부터 제거되고 세정 또는 교체될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 열전 디바이스들(102a-d)은 열전 디바이스들(102a-d)을 서비스하기 위한 시스템(100)으로부터 쉽게 제거 가능한 샘플 홀더(104)에 장착될 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 특성화 열전 디바이스들의 세정 또는 교체는 사용 디바이스 그 자체를 서비스하는 것보다 훨씬 낮은 비용 및 더 적은 가동 중지 시간으로 수행될 수 있다.

다른 예시들에서, 왁스와 같은 일부 침전물은 열전 디바이스를 가열함으로써 제거될 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 전력은 열전 디바이스들(들)의 온도가 형성된 임의의 침전물을 제거하기에 충분히 증가하도록 한 극성으로 하나 이상의 열전 디바이스들에 인가될 수 있다(예를 들어, 온도 제어 회로(514)를 통해). 따라서, 예시적인 프로세스에서, 열전 디바이스의 온도를 낮추고 그 위에 침전물을 유도하기 위해 제1 극성으로 열전 디바이스에 전력이 인가될 수 있다. 열전 디바이스의 열적 거동은 시스템의 침전물(예를 들어, 왁스 침전물)을 특성화하기 위해 본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이 분석될 수 있다. 열전 디바이스의 세정이 요구되는 경우, 열전 디바이스의 온도를 증가시키고 그러한 침전물을 제거하기 위해 전력이 반대의 제2 극성으로 열전 디바이스에 인가될 수 있다.

일부 예시들에서, 유체 유동 시스템 내에 침전물이 형성될 가능성은 시스템의 침전 잠재력(deposition potential)으로 간주될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 침전 잠재력은 유체 유동 시스템 내에서 물체의 표면 온도의 함수일 수 있다. 다른 예시들에서, 침전 잠재력은 시스템 내의 특정 사용 디바이스와 관련될 수 있다. 일부 시스템에서, 침전 잠재력은 시스템 내에서 형성되는 침전물의 절대 가능성을 관찰하기 위한 메트릭으로서 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 침전 잠재력은 유체 유동 시스템 내의 침전 조건의 변화를 관찰하기 위한 메트릭으로서 사용될 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 절대 침전 잠재력은 침전 조건에 반드시 대응될 필요는 없지만, 침전 잠재력의 변화는 예를 들어 침전 조건의 가능성 증가를 나타낼 수 있다.

도 7은 유체 유동 시스템에서 사용 디바이스 상으로의 공정 유체의 침전 잠재력을 평가하기 위한 예시적인 프로세스를 나타내는 프로세스-흐름도이다. 상기 방법은 하나 이상의 열전 디바이스(들)을 독특한 특성화 온도로 가져오는 단계(760)와 열전 디바이스(들)을 특성화 온도로 유지하여 공정 유체로부터 열전 디바이스(들) 상으로 침전물을 유도하는 단계(762)를 포함한다. 이것은 예를 들어 본원의 다른 곳에 기술된 것과 같이 온도 제어 회로를 사용하여 온도 제어 모드에서 열전 디바이스(들)을 작동시킴으로써 수행될 수 있다. 일부 예시들에서, 특성화 온도들 중 적어도 하나는 사용 디바이스의 작동 온도보다 낮다. 하나 이상의 열전 디바이스(들)를 특성화 온도로 가져오는 것은 유체 유동 시스템을 통해 흐르는 공정 유체와 열 평형 상태로 하나 이상의 열전 디바이스(들)를 작동시키는 것을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 즉, 하나 이상의 열전 디바이스들에 대한 특성화 온도는 유체 유동 시스템을 통해 흐르는 공정 유체와 대략 동일한 온도일 수 있다.

본 방법은 열전 장치(들)의 온도를 주기적으로 관찰하는 단계(764)를 더 포함한다. 본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 열전 디바이스(들)의 온도를 주기적으로 관찰하는 단계는 열전 디바이스(들)의 온도를 측정하기 위해 열전 디바이스(들)를 온도 제어 모드에서 측정 모드로 주기적으로 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 열전 디바이스(들)의 온도를 주기적으로 관찰하는 단계는 온도 제어 모드에서 열전 디바이스를 작동시키는 단계 및 RTD와 같은 인접 구성 요소를 통해 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 관찰하는 단계를 포함할 수 있다.

본 방법은 열전 디바이스(들)의 열적 거동의 변화를 관찰하는 단계(766)를 포함한다. 이것은 예를 들어 도 6a 내지 도 6e와 관련하여 설명된 프로세스를 포함할 수 있다. 관찰된 변화는 공정 유체로부터 하나 이상의 열전 디바이스(들) 각각으로의 침전물의 레벨을 특성화하기 위해 사용될 수 있다(768). 이는 예를 들어 측정된 온도 프로파일의 피팅 함수에 대한 시상수를 결정하고 상이한 측정 시간에서 시상수의 변화를 관찰하는 단계를 포함할 수 있다. 시상수의 변화는 열전 디바이스 상에 형성되는 침전물을 나타내고 열전 디바이스의 열적 거동을 변경시킬 수 있다. 일부 예시들에서, 침전 레벨을 특성화하는 단계는 다른 특성화 온도들에서 작동하는 열전 디바이스들(예를 들어, 냉각된 열전 디바이스 및 비 냉각된 열전 디바이스)에 대한 온도 변화 프로파일을 비교하는 단계를 포함할 수 있다.

침전물 두께 이외에, 침전물 레벨의 추가 특성화는 시스템에서 침전될 가능성이 있는 물질을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 냉각 및 비 냉각 또는 약간 냉각된 열전 디바이스들에 대한 열 감쇠 프로파일을 비교하여, 침전물의 특성을 결정할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 침강(sedimentation) 침전물은 일반적으로 표면 온도에 영향을 받지 않는 반면, 왁스 침전 효과는 더 낮은 온도에서 향상될 것이다. 따라서, 열적 프로파일의 특성화 온도 의존성은 열전 디바이스들 및 유체 유동 시스템 내에 존재하는 침전물의 유형을 특성화하는데 사용될 수 있다.

방법은 사용 디바이스(770)에 침전 조건이 존재 하는지를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 예를 들어 침전 경향을 관찰하기 위해 시간에 따라 복수의 열전 디바이스(들)에서 침전 레벨 및/또는 속도를 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예시들에서, 특정 침전 속도 또는 침전 속도의 증가는 사용 디바이스 상에 침전물이 형성되는 가능성이 더 높아지는 침전 조건을 나타낼 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 열전 디바이스에서의 침전 레벨, 침전 속도 및/또는 그 변화는 관련 특성화 온도와 조합하여 분석되어 침전 조건이 존재 하는지를 판단할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 온도(예를 들어, 특성화 온도가 다른 열전 디바이스들에서)에 대한 이러한 데이터(예를 들어, 침전 레벨, 침전 속도 및/또는 그 변경)의 관계를 분석하는 것은 침전 조건을 검출하기 위해 사용될 수 있다.

일부 예시들에서, 모니터링된 침전 레벨, 침전 속도 및/또는 유체 특성(예를 들어, 온도, 성분 농도, pH 등)과 같은 다른 데이터는 사용 디바이스에 상에 공정 유체의 침전 잠재력을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 미리 결정된 임계 값을 만족하고 및/또는 미리 결정된 양만큼 변경되는 침전 잠재력은 침전 조건의 존재를 검출하는데 사용될 수 있다.

침전 조건의 경우, 본 방법은 침전 조건을 해결하기 위한 시정 조치를 취하는 단계를 포함할 수 있다(772). 시정 조치에는, 공정 유체에서 하나 이상의 화학 물질의 용량을 도입 또는 변경하는 것, 공정 유체의 온도를 변경하고, 사용자에게 경고하고, 공정 유체에 대한 사용 디바이스를 조정하는 것(예를 들어, 열 교환기의 열 부하), 블로우다운(blowdown) 속도 증가 및/또는 공정 유체의 침전 특성에 영향을 줄 수 있는 다른 조치와 같은, 다양한 조치가 포함될 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 침전 특성화는 스케일, 바이오필름 등과 같은 침전될 가능성이 있는 물질을 결정하는 것을 포함할 수 있다.

이러한 일부 실시 예들에서, 결정된 침전 물질을 처리하기 위해 시정 조치(예를 들어, 772)가 구체적으로 취해질 수 있다. 예를 들어, 스케일 억제제(scale inhibitor)는 검출된 스케일링 이벤트로 인해 추가되거나 증가될 수 있다. 그러나, 일부 예시에서, 침전 특성화가 스케일이 아닌 바이오 필름을 대표하는 경우, 살생물제 및/또는 분산제가 첨가 또는 증가될 수 있거나, 하나 이상의 공정 온도가 증가될 수 있거나, 유지 및/또는 세정이 수행될 수 있다. 이러한 시정 조치는 시스템에 의해 자동으로 수행될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 시스템은 침전 조건을 해결하기 위한 시정 조치를 취하도록 사용자에게 신호할 수 있다.

유체 유동 시스템이 복수의 유체 공급원들(예를 들어, 선택 가능한 입력 공급원들)로부터 유체를 수용할 수 있는 일부 실시 예들에서, 시정 조치는 시스템으로 유체 공급원을 변경하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시 예들에서, 유체 유동 시스템은 담수 공급원으로부터 그리고 다른 프로세스로부터의 유출물 스트림(effluent stream)으로부터 입력 유체를 선택적으로 수용할 수 있다. 시스템은 초기에 유출물 스트림으로부터 공정 유체를 받아 작동할 수 있다. 그러나, 검출되거나 잠재적인 침전 조건이 있는 경우, 유체 공급원은 담수 공급원으로 스위칭되어 공정 유체에 존재하는 가능한 침전 물질을 감소시킬 수 있다. 유체 공급원을 스위칭하는 것은 하나의 공급원으로부터 유체의 흐름을 완전히 중단시키고 다른 공급원으로부터 유체의 흐름을 개시하는 것을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 공급원을 스위칭하는 것은 원래 공급원(예를 들어, 유출물 스트림)과 새로운 공급원(들)(예를 들어, 담수)의 혼합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 상이한 입력 공급원들(예를 들어, 하나의 공급원으로부터 50 % 및 다른 공급원으로부터 50 %)로부터 원하는 유체의 혼합물이 선택될 수 있다.

유사한 구현에서, 일부 실시 예들에서, 시정 조치는 단일 공급원(예를 들어, 유출물 공급원)으로부터의 흐름을 일시적으로 정지시키고 다른 공급원(예를 들어, 담수)으로부터 공정 유체를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 새로운 유체 공급원을 일시적으로 사용하여 과도한 침전이 발생하기 전에 시스템에서 잠재적인 침전 물질을 세척할 수 있다. 일부 예시에서, 이러한 물질이 시스템으로부터 세척되면(예를 들어, 담수를 통해), 공정 유체의 공급원은 원래 공급원(예를 들어, 유출물 스트림)으로 다시 스위칭될 수 있다. 일부 예시에서, 시스템에서 사용 디바이스를 작동시키는 동안 시스템으로부터 유체를 세척할 수 있다. 다른 예시에서, 특정 침전 조건 및/또는 가능성이 검출될 때(예를 들어, 특정 침전 잠재력에 도달), 사용 디바이스로의 흐름이 정지될 수 있고 시스템 내의 유체가 그러한 유체의 시스템을 제거하기 위해 배수구로 향할 수 있다. 그 후 시스템은 유체 공급원 또는 이들의 조합으로부터 유체를 사용 디바이스로 다시 보낼 수 있다.

또 다른 구현에서, 본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 디폴트 입력 유체는 복수의 이용 가능한 공급원들 각각으로부터의 유체의 조합된 흐름일 수 있다. 검출된 침전 조건이 있는 경우, 유체 공급원들 중 하나로부터의 하나 이상의 유입 흐름이 시스템으로부터(예를 들어, 차단 밸브를 통해) 감소되거나 차단될 수 있다. 일부 예시들에서, 시스템은 전도도 센서, 농도 센서, 탁도 센서 등과 같은 각각의 입력 공급원으로부터 시스템으로 유입되는 유체의 하나 이상의 파라미터들을 모니터링하도록 구성된 하나 이상의 보조 센서들을 포함할 수 있다. 이러한 보조 센서들로부터의 데이터는 어느 입력 공급원이 침전 조건에 기여하는지를 결정하는데 사용될 수 있다. 이러한 유체 공급원은 시스템을 통해 흐르는 유체에 기여되는 것이 방지될 수 있다.

공정 유체 입력 공급원들의 차단, 그 사이의 스위칭 및/또는 결합은 예를 들어 공급원(들)과 유체 유동 시스템 사이에 배열된 하나 이상의 밸브를 통해 수행될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 밸브는 입력 유체의 공급원(들)을 조정하기 위해 수동 및/또는 자동으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 검출된 침전 조건은 하나 이상의 이러한 밸브들과 통신하는 제어기가 이러한 밸브들을 작동시켜 시스템으로 흐르는 유체의 공급원을 조정하게 할 수 있게 한다. 대안적으로, 제어기는 사용자에게 시정 조치가 수행되어야 한다고 지시할 수 있고, 사용자는 그러한 밸브를 작동시켜 유체 공급원을 시스템으로 조정할 수 있다.

본원의 다른 곳에 기술된 바와 같이, 하나 이상의 유체 입력 공급원들은 그 안에 배치된 하나 이상의 열전 디바이스들을 포함할 수 있다. 이러한 열전 디바이스(들)는 복수의 유체 공급원들 각각에 대한 침전 조건을 개별적으로 특성화하는데 사용될 수 있다. 따라서, 하나의 유체 공급원이 침전 조건을 나타내는 경우, 하나 이상의 시정 조치들은 그 공급원으로부터 시스템으로 유입되는 유체에 영향을 미치는 조치를 수행하는 것(예를 들어, 유체의 파라미터를 조정하는 것) 및/또는 유체가 시스템 내로 흐르는 것을 막는 것(예를 들어, 밸브를 통해)을 포함할 수 있다. 일부 예시들에서, 각각의 입력 유체 공급원은 하나 이상의 이러한 열전 디바이스들을 포함하여 각각의 공급원이 개별적으로 특성화될 수 있다. 이러한 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 열전 디바이스들은 각각의 유체 공급원으로부터의 유체가 결합된 후 유체 유동 경로에 추가로 배치될 수 있어서, 복합 유체가 각각의 개별 공급원과 별도로 특성화 될 수 있다.

일반적으로, 하나 이상의 시정 조치를 수행하면(예를 들어, 단계 772) 사용 디바이스에서의 침전 속도를 감소시키도록 작용할 수 있다. 따라서, 일부 이러한 실시 예들에서, 시정 조치는 바람직하지 않은 침전물이 사용 디바이스 상에 형성되는 것을 방지하기 위한 방지 조치로서 작용한다. 이는 사용 디바이스로부터의 침전물을 세정하기 위해 시스템을 종료할 필요성을 최소화하거나 제거하면서 사용 디바이스의 작동성을 연장시킬 수 있다.

일부 실시 예들에서, 취해진 및/또는 제안된 시정 조치는 하나 이상의 추가 센서들(예를 들어, 111)로부터 수신된 데이터에 기초할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 스케일 억제제의 감소(예를 들어, 스케일 억제제 도입 유량계 및/또는 스케일 억제제 농도계를 통해 검출된)는 시스템의 침전 조건에 기여한다. 따라서, 시정 조치는 스케일 억제제의 공급을 보충하는 것을 포 할 수 있다. 유사하게, 일부 예시들에서, 과량의 침전 물질(예를 들어, 농도계에 의해 검출된 칼슘)의 존재는 침전 조건에 기여한다. 상응하는 시정 조치는 시스템에 스케일 억제제를 도입하거나 그 양을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 유사하게, 왁스 침전이 가능한 시스템에서, 분산제, 계면 활성제 및/또는 세정제와 같은 왁스 침전 억제 화학 물질의 감소는 침전 조건에 기여할 수 있다. 상응하는 시정 조치는 용량을 증가시키거나 그러한 침전 억제 화학 물질의 공급을 보충하는 것을 포함할 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 시정 조치는 유체에서 인산염 레벨을 변화하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템에 축적된 인산염 침전물은 인-함유 화학 물질 또는 인산염 침착 촉매의 흐름을 감소시킬 수 있다. 다른 예시들에서, 인산염-함유 유체의 첨가는 다른 침전물이 형성되는 것을 방해할 수 있다. 이러한 일부 예시들에서, 이러한 인산염- 또는 인-함유 유체가 첨가되거나 증가될 수 있다.

일부 실시 예들에서, 특정화된 침전 레벨들(예를 들어, 단계 768)에 기초하여 적절한 시정 조치들이 결정될 수 있다. 예를 들어, 더 큰 침전 속도 및/또는 침전 잠재력은 침전물이 형성되는 것을 방지하기 위해 침전 방해 화학 물질이 시스템 내로 더 많이 방출되는 결과를 초래할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 침전물 형성 유형의 특성화(예를 들어, 상이한 온도들에서의 열 감쇠 프로파일들을 비교하여)는 수행되는 시정 조치에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 침전물 레벨의 특성이 침전물이 스케일링이 아니라 일반적으로 침강(sedimentation)임을 나타내면, 스케일 억제제 화학 물질을 방출하는 것은 유용한 조치가 아닐 수 있으며, 다른, 보다 적절한 조치가 취해질 수 있다.

일부 예에서, 시스템에 존재하는 침전 잠재력 및/또는 침전 조건을 모니터링하는 것은 시스템의 비용 및/또는 효율을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 산업 어플리케이션에서, 일부 석유 화학 어플리케이션에서, 희석 용매(diluting solvent)는 오일의 처리 및 펌핑을 위해 오일의 점도를 낮게 유지하는데 사용된다. 일부 예시에서, 이 용매는 방향족(aromatic) 및 알칸(alkane) 성분 모두를 포함할 수 있다. 일부 어플리케이션에서, 왁스가 존재하면, 희석 용매의 알칸 분획(alkane fraction)은 왁스를 가용성 및 용액으로 유지하는데 사용된다. 그러나, 일부 이러한 알칸(예를 들어, 파라핀 계) 용매는 비쌀 수 있다. 따라서, 가능한 적은 용매를 사용하는 것이 유리할 수 있으며, 너무 적은 양을 사용하면 왁스 침전 문제가 발생할 수 있다. 이러한 알칸 용매의 사용의 최적화를 위해, 오일에서 왁스의 적절한 용해도를 유지하기 위한 최소 유효 유입 속도를 찾기 위해 이러한 용매의 유입량을 변경함에 따라 침전 프로파일을 모니터링하기 위해 본원에 기술된 시스템 및 방법에 따라 열전 디바이스를 작동시킬 수 있다.

다른 예시로서, 일부 어플리케이션에서, 희석 용매가 충분한 방향족 용매를 함유하지 않으면 원유 중의 아스팔텐이 침전물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 너무 많은 알칸이 존재하면, 아스팔텐은 석출 및 침전을 시작할 수 있다. 일부 예시에서, 이러한 침전은 더 차가운 온도로 향상된다. 따라서, 열전 디바이스를 다른 시스템 구성 요소의 전형적인 작동 온도보다 더 낮은 온도의 냉각기로 냉각시키고 열전 디바이스에서 침전 조건을 모니터링하는 것은 다른 시스템 표면 상에 유해한 침전물이 발생하기 전에 과량의 알칸 분획에 기인한 침전 조건을 나타낼 수 있다. 이러한 침전을 방지하기 위해, 투입 용매 조성을 조정할 수 있다. 예를 들어, 이러한 침전 조건을 검출하는 제어기는 시스템으로 유입되는 용매 조성을 자동으로 조정하기 위해 밸브, 펌프 또는 다른 제어 가능한 장비를 자동으로 조정하는데 사용될 수 있다. 다른 예시에서, 제어기는 용매 조성을 수동으로 적절히 조정할 수 있는 사용자에게 경고를 발행할 수 있다.

다양한 실시 예들이 설명되었다. 이러한 예시들은 비-제한적이며, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 정의하거나 제한하지 않는다. 오히려, 이들 및 다른 예시들은 다음의 청구 범위의 범위 내에 있다.

Claims

유체를 사용 디바이스로 향하게 하는 유체 유동 시스템에 있어서,
복수의 열전 디바이스들;
상기 복수의 열전 디바이스들과 전기적으로 통신하고 상기 열전 다비이스들에 전력을 인가할 수 있는 온도 제어 회로;
상기 복수의 열전 디바이스들 각각의 온도를 나타내는 신호를 측정하도록 구성된 측정 회로;
상기 온도 제어 회로 및 상기 측정 회로와 통신하고 상기 온도 제어 회로를 통해 상기 복수의 열전 디바이스들 각각에 전력을 인가하고 상기 측정 회로를 통해 열전 디바이스들 각각의 온도를 결정할 수 있는 제어기를 포함하고,
상기 제어기는,
상기 하나 이상의 열전 디바이스들 각각을 특성화 온도(characterization temperature)로 유지하여 상기 하나 이상의 열전 디바이스들 중 적어도 하나에 형성되는 공정 유체(process fluid)로부터 침전물(deposit)을 유도하기 위해, 상기 온도 제어 회로를 통해 상기 복수의 열전 디바이스들 중 하나 이상에 전력을 인가하고 (상기 특성화 온도들 중 적어도 하나는 사용 디바이스의 전형적인 작동 온도보다 낮음);
상기 하나 이상의 열전 디바이스들 각각에 대해:
상기 측정 회로를 통해 상기 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 측정하고,
상기 온도 제어 모드 및 상기 측정 모드 중 하나 또는 둘 모두에서 상기 열전 디바이스의 열적 거동(thermal behavior)의 변화를 관측하고, 그리고
관측된 상기 변화에 기초하여 상기 공정 유체로부터 상기 열전 디바이스 상으로의 침전물 레벨을 특성화하고;
상기 하나 이상의 열전 디바이스들 각각의 특성화된 상기 침전물 레벨에 기초하여 온도-의존성 침전 프로파일을 결정하고; 그리고
상기 침전 프로파일에 기초하여 상기 사용 디바이스에 대한 침전 조건이 존재하는지를 결정하도록 구성된, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 측정 회로는 복수의 저항 온도 검출기(resistance temperature detector, RTD)들을 포함하고, 상기 복수의 RTD들 각각은 상기 복수의 열전 디바이스들 중 대응되는 하나와 연관되고, 상기 복수의 열전 디바이스들 각각의 온도를 나타내는 신호를 측정하는 것은 상기 RTD들 각각의 저항을 측정하는 것을 포함하는, 시스템.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 열전 디바이스들의 온도를 결정하기 위해 상기 측정 회로를 통해 측정 모드에서 열전 디바이스들 각각을 동작시킬 수 있고, 상기 하나 이상의 열전 디바이스들 각각에 대해, 상기 열전 디바이스의 온도를 측정하기 위해 상기 열전 디바이스를 상기 온도 제어 모드와 상기 측정 모드 사이에 주기적으로 스위칭시키고, 상기 온도 제어 모드 및 상기 측정 모드 중 하나 또는 둘 모두에서 상기 열전 디바이스의 상기 열적 거동 변화를 관측하고, 그리고 관측된 상기 변화에 기초하여 상기 공정 유체로부터 상기 열전 디바이스 상으로의 침전물 레벨을 특성화하도록 더 구성된, 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제어기는 제벡 효과(Seebeck effect)를 통해 상기 열전 디바이스의 온도를 결정하도록 구성된, 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 사용 디바이스에 대한 침전 조건이 존재하는 것으로 결정되면, 상기 유체에 화학 물질을 도입, 상기 유체에 첨가되는 화학 물질의 양 변경, 유체 온도 변경, 사용자에게 침전 조건 경고, 상기 사용 디바이스의 하나 이상의 작동 조건을 조정, 및 시스템의 블로우다운(blowdown) 속도 증가로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 시정 조치를 수행하도록 더 구성되는, 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 공정 유체로부터 상기 침전물의 형성과 관련된 임계 온도를 결정하도록 더 구성된, 시스템.
침전물 분석 시스템에 있어서,
유체 유동 시스템에 배치되어 적어도 하나의 열전 디바이스의 표면이 상기 유체 유동 시스템을 통해 흐르는 유체와 열적 소통(thermal communication)하는 상기 적어도 하나의 열전 디바이스;
상기 적어도 하나의 열전 디바이스와 통신하고 그 온도에 영향을 미치기 위해 상기 열전 디바이스에 가변 량의 전력을 인가하도록 구성된 온도 제어 회로;
상기 적어도 하나의 열전 디바이스의 온도를 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 측정 회로; 및
상기 온도 제어 회로 및 상기 측정 회로와 통신하는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는,
상기 온도 제어 회로를 통해 상기 적어도 하나의 열전 디바이스를 일정 온도로 냉각시키고;
상기 하나 이상의 열전 디바이스의 냉각을 중지하고;
상기 측정 회로를 통해, 상기 적어도 하나의 열전 디바이스와 상기 유체 유동 시스템을 통해 흐르는 상기 유체 사이의 열의 전도로 인한, 시간에 따른 상기 적어도 하나의 열전 디바이스의 온도 변화를 특성화하고; 그리고
특성화된 상기 온도 변화에 기초하여 상기 유체로부터 상기 적어도 하나의 열전 디바이스의 표면 상에 형성된 침전물 레벨을 결정하도록 구성되는, 시스템.
제7항에 있어서, 시간에 따른 상기 적어도 하나의 열전 디바이스의 온도 변화를 특성화하는 것은 시간에 따른 온도 데이터를 함수에 피팅하는(fitting) 것을 포함하고, 상기 함수의 피팅(fitting) 파라미터는 상기 적어도 하나의 열전 디바이스의 상기 표면에 대한 침전 정도를 나타내는, 시스템.
제7항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 함수는 지수 함수를 포함하는, 시스템.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피팅 함수는 제1 부분과 제2 부분을 갖는 이중 지수 함수를 포함하고,
상기 이중 지수 함수의 상기 제1 부분은 상기 적어도 하나의 열전 디바이스와 상기 유체 샘플 사이에서 전도되는 열을 나타내고;
상기 이중 지수 함수의 상기 제2 부분은 상기 적어도 하나의 열전 디바이스로부터 다른 시스템 구성 요소로 전도되는 열을 나타내고; 그리고
상기 침전 정도를 나타내는 상기 피팅 파라미터는 상기 이중 지수 함수의 상기 제2 부분이 아닌 상기 이중 지수 함수의 상기 제1 부분에 존재하는, 시스템.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기 및 상기 측정 회로는 제벡 효과를 통해 상기 하나 이상의 열전 디바이스들의 온도를 측정하게 작동하도록 구성된, 시스템.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 회로는 상기 하나 이상의 열전 디바이스들 중 대응되는 열전 디바이스의 온도를 측정하도록 각각 구성되는 하나 이상의 온도 측정 디바이스들을 포함하는, 시스템.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 온도 측정 디바이스들은 하나 이상의 저항 온도 검출기(RTD)들을 포함하는, 시스템.
제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전 디바이스는 펠티에(Peltier) 디바이스를 포함하는, 시스템.
제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전 디바이스는 복수의 열전 디바이스들을 포함하고, 상기 제어기는 상기 유체 유동 시스템에 흐르는 상기 유체로부터의 침전물을 유도하기 위해 상기 복수의 열전 디바이스들 중 적어도 하나를 특성화 온도로 냉각시키도록 구성된, 시스템.
유체 유동 시스템에서 유체로부터의 침전물 레벨을 특성화하는 방법에 있어서,
열전 디바이스의 온도를 조절하고 상기 유체와 유체 연통하는 상기 열전 디바이스의 표면 상에 상기 유체로부터의 침전물의 형성을 유도하기 위해 상기 열전 디바이스를 온도 제어 작동 모드에서 작동시키는 단계로서, 상기 온도 조절 작동 모드는 온도를 조절하기 위해 상기 열전 디바이스에 전력을 인가하는 것을 포함하는, 단계;
상기 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 결정하는 단계;
상기 열전 디바이스의 열적 거동의 변화를 관측하는 단계; 및
관측된 상기 변화에 기초하여 상기 공정 유체로부터 상기 열전 디바이스 상으로의 침전물 레벨을 특성화하는 단계를 포함하는, 방법.
제16항에 있어서, 상기 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 결정하는 단계는 제벡 효과를 통해 상기 열전 디바이스의 온도를 결정하기 위해 상기 온도 제어 작동 모드와 측정 작동 모드 사이를 주기적으로 스위칭시키는 단계를 포함하는, 방법.
제16항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 결정하는 단계는 하나 이상의 측정 디바이스를 통해 상기 열전 디바이스의 온도를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 제어 모드에서 상기 열전 디바이스를 작동시키는 단계는 고정된 양의 전력을 상기 열전 디바이스에 인가하는 단계를 포함하고;
상기 열전 디바이스의 상기 거동의 변화를 관측하는 단계는 고정된 작동 전력으로 상기 열전 디바이스를 작동시키면서 시간에 따른 상기 열전 디바이스의 온도 변화를 관측하는 단계를 포함하고; 그리고
상기 공정 유체로부터의 침전물 레벨을 특성화하는 단계는 상기 고정된 작동 전력에서 상기 열전 디바이스의 온도 변화율을 상기 공정 유체로부터의 침전물 레벨과 연관시키는 단계를 포함하는, 방법.
제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
온도 제어 작동 모드에서 상기 열전 디바이스를 작동시키는 단계는 상기 열전 디바이스에 전력을 인가하여 상기 열전 디바이스를 고정된 온도에서 작동시키는 단계를 포함하고;
상기 열전 디바이스의 온도를 주기적으로 결정하는 단계는 상기 열전 디바이스가 상기 고정된 온도에서 작동하는지 확인하기 위한 피드백을 제공하고;
상기 열전 디바이스의 상기 거동의 변화를 관측하는 단계는 상기 고정된 온도에서 상기 열전 디바이스를 작동시키는데 필요한 전력의 변화를 관측하는 단계를 포함하고; 그리고
상기 공정 유체로부터의 상기 침전물 레벨을 특성화하는 단계는 상기 열전 디바이스를 상기 고정된 온도에서 작동시키기 위해 요구되는 인가된 전력의 변화율을 상기 공정 유체로부터의 침전물 레벨과 연관시키는 단계를 포함하는, 방법.
제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열전 디바이스의 상기 거동의 변화를 관측하는 단계는 상기 온도 제어 모드에서 상기 열전 디바이스를 작동시킴으로써 상기 열전 디바이스의 온도가 변하는 속도를 측정하는 단계를 포함하고; 그리고
상기 공정 유체로부터 상기 열전 디바이스 상으로의 침전물 레벨을 특성화하는 단계는 상기 열전 디바이스의 온도 변화율을 상기 공정 유체로부터의 침전물 레벨과 연관시키는 단계를 포함하는, 방법.
제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전 디바이스의 온도를 조절하기 위해 온도 제어 작동 모드에서 열전 디바이스를 작동시키는 단계는 상기 열전 디바이스의 온도를 낮추고 상기 열전 디바이스의 표면에 차가운 침전물을 유도하기 위해 제1 극성으로 상기 열전 디바이스에 전력을 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전 디바이스의 온도를 증가시켜 상기 열전 디바이스의 상기 표면으로부터 상기 차가운 침전물을 제거하기 위해, 상기 제1 극성의 반대인 제2 극성으로 상기 열전 디바이스에 전력을 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.