KR20240066814A - 히트트레이싱시스템 및 이의 구축방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고체에서 기체로 상태 변환된 가스를 운반하는 가스배관; 가스배관을 따라 설치되는 라인히터(line heater); 가스배관 및 라인히터에 설치되는 단열수단; 및 라인히터의 온도를 제어하는 제어부를 포함하는, 히트트레이싱시스템을 개시한다. 본 발명에 따르면, 고체 무기물을 승화시키기 위해 180도씨 내지 200도씨의 범위를 유지해야 하는 히트트레이싱시스템의 효율적 구축이 가능하다.
Description
본 발명은 히트트레이싱시스템 및 이의 구축방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 테스트장치의 시뮬레이션에 의한 단열수단의 성능테스트에 기반하여 구축되는 히트트레이싱시스템 및 이의 구축방법에 관한 것이다.
히트트레이싱(heat tracing)은 단열재를 통해 일어나는 열손실을 교환해줌으로써 탱크 또는 파이프 내부의 유체의 온도를 일정하게 유지하는 것을 말하며, 이러한 히트트레이싱은 파이프 또는 탱크의 동파를 방지하거나 유체의 온도를 유지하기 위해 적용된다.
대표적인 히트트레이싱에는 두 가지 방법이 있는데, 유체순환트레이싱과 전기 히트트레이싱 방식이 있다. 유체순환트레이싱의 일종인, 스팀트레이싱은 폭 넓게 사용되고 있으나 트레이싱시스템 설치와 유지비용이 크다는 단점이 있다. 반면에 전기 히트트레이싱은 히팅케이블을 사용하는 방식으로, 적용지역에 맞춰 최적의 히팅케이블이 선택될 수 있고, 상대적으로 적은 비용으로 히트트레이싱을 운영할 수 있을 뿐 아니라, 시스템의 설계와 제어가 용이하다는 장점이 있다.
전체적인 전기 히트트레이싱시스템은 히팅케이블 외에도 다른 구성요소가 필요하다. 히팅케이블 뿐만 아니라, 그와 함께 필요한 전원연결 및 분기용 접속장치와 단말처리 장치 등이 있다.
주위 온도에 따라 출력이 자동적으로 변화하는 자율제어형 히팅케이블은 PTC(Positive Temperature coefficient) 특성을 갖고 있는 고분자 복합재료를 발열체로 사용한다. 이러한 고분자 복합재료는 고분자 수지에 전기전도성을 부여하는 카본블랙을 첨가하여 만들어지며, 발열체를 구성하는 복합재료는 케이블 길이 방향과 평행한 부스 와이어 사이에서 전류를 흐르게 하는 도전 통로를 형성한다.
자율제어형 히팅케이블의 부스 와이어 사이에 존재하는 도전통로의 수는 온도에 따라 변화한다. 케이블 주위의 온도가 감소할 때, 발열체는 미시적으로 수축이 일어나며 이는 부스 와이어 사이에서 많은 도전통로를 생성하여 저항을 감소시킨다. 반대로 온도가 증가할 때, 발열체는 팽창이 일어나 도전통로가 감소하며 전기저항을 증가시킨다. 이것을 소위 PTC 현상 (Positive Temperature coefficient)이라 하며, 이런 현상이 자율제어형 히팅케이블의 기본적인 작동원리가 된다.
발열체의 도전통로에 전류가 흐르면 주울열(Joule heat)에 의해 열이 발생하여 발열체의 온도가 올라간다. 온도가 상승하면 발열체는 미시적으로 팽창하므로 발열체의 전기저항을 증가시키며 그 결과, 히팅케이블의 출력을 자동적으로 감소시킨다.
한편 PTC 소자의 장점에도 불구하고 히트트레이싱시스템에 PCT 소자가 사용되는 경우, 자율제어 원리 때문에 일정 온도 이상 가열이 어려운 경우가 있으며, 가열에 따른 열변화가 늦은 것이 단점으로 거론된다.
히트트레이싱시스템의 설비는 야외에서 이루어지는 경우가 많다. 히트트레이싱시스템의 라인히터가 설치되는 가스배관이 옥외에 설치되어 있는 경우가 많기 때문이다. 이러한 상황에서, 히트트레이싱시스템의 설비에 앞서, 히트트레이싱시스템이 실제로 구현될 경우, 어느 정도의 히팅온도가 구현될 지 예측하는 절차가 필요하다. 그런데, 이러한 히팅온도 예측절차는 대기상황과 연관되어 있어서, 컴퓨터 시뮬레이션에 의하는 경우 많은 오차가 발생할 수 있어서, 실제 히트트레이싱시스템을 축소한 시뮬레이션 모델이 필요하다.
특히 상온에서 고체 분말로 존재하는 무기물을 반도체 증착용 가스로 이용하는 경우, 히트트레이싱시스템을 이용하여 무기물을 고온, 예를 들어 180도씨 내지 200도씨 사이의 온도로 유지하는 것이 필요하다. 이와 같이 고온에서 승화하는 기체는 상온에서 기체로 존재하는 가스와는 다른 차원의 단열이 필요하다.
히팅케이블과 관련된 기술로서 등록공보 제10-1254531호의 등록 발명은 반도체 제조를 위한 유체가열용 인라인히터유닛에 관한 것으로, 튜브형태의 열원을 이용하여 유체를 국부의 위치에서 직접가열하는 유닛에 관한 것으로, 라인히터를 이용하여 전체의 가스배관의 온도를 제어하기 위한 장치를 시뮬레이션 하기 위한 테스트장비에 해당하는 본 발명과 발명의 목적, 구성 및 효과 면에서 구별된다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 기체 상태로 운반되는 가스의 고체 승화를 방지하기 위해 180도씨 내지 200도씨의 범위를 유지해야 하는 히트트레이싱시스템 및 이의 구축방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 테스트장치의 시뮬레이션에 의한 단열수단의 성능테스트에 기반하여 옥외에 설치된 가스배관에 설비되는 라인히터조립체를 이용하는 히트트레이싱시스템 및 이의 구축방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템은, 고체에서 기체로 상태 변환된 가스를 운반하는 가스배관; 가스배관을 따라 설치되는 라인히터(line heater); 가스배관 및 상기 라인히터에 설치되는 단열수단; 및 라인히터의 온도를 제어하는 제어부를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템은, 단열수단이 가스배관 및 상기 라인히터를 감싸는 내부단열재 및 외부피복을 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템은, 내부단열재가 적어도 한 층 이상의 열차단필름 및 열차단금속박을 포함하고, 가스의 종류 및 상기 가스배관이 설치된 환경의 온도에 따라 상기 열차단필름과 상기 열차단금속박의 규격 및 층 수가 결정될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템은, 열차단필름과 상기 열차단금속박의 규격 및 층 수가 시험가스배관, 상기 라인히터, 상기 단열수단 및 시뮬레이션제어부를 포함하는 라인히터 테스트장비에 의해 수행되는 시뮬레이션 결과에 기반하여 결정되도록 구성될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템은, 제어부가 규격 및 층 수가 결정된 상기 열차단필름과 상기 열차단금속박을 통해, 상기 가스배관의 온도가 상기 가스의 상태변화 온도보다 높은 온도로 유지되게 상기 라인히터를 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템은, 라인히터가 전원에 연결된 한 쌍의 모선; 모선과 연결되는 열선 및; 열선의 온도를 측정하는 광파이버센서를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템의 구축방법은, 시험가스배관, 라인히터, 상기 시험가스배관과 라인히터에 설치되는 단열수단 및 상기 라인히터를 제어하는 시뮬레이션제어부를 포함하는 라인히터 테스트장비를 구현하는 단계; 라인히터 테스트장비에 의한 시뮬레이션을 통해 상기 단열수단의 구성에 관한 데이터를 수집하는 단계; 및 단열수단의 구성에 관한 데이터를 이용하여 실제의 가스배관에 히트트레이싱시스템을 설비하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템의 구축방법은, 시험가스배관이 실제의 가스배관과 동일한 규격의 가스배관인 것을 특징으로 한다.
또한, 히트트레이싱시스템의 구축방법은, 라인히터 테스트장비를 구현하는 단계가 단열수단으로 내부단열재 및 외부피복을 이용하여 상기 시험가스배관 및 상기 라인히터를 감싸는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템의 구축방법은, 라인히터 테스트장비를 구현하는 단계가 내부단열재로서 적어도 한 층 이상의 열차단필름 및 열차단금속박을 이용하여 상기 시험가스배관 및 상기 라인히터를 감싸는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템의 구축방법은, 라인히터가 전원에 연결된 한 쌍의 모선, 상기 모선과 연결되는 열선 및 상기 열선의 온도를 측정하는 광파이버센서를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템의 구축방법은, 단열수단의 구성에 관한 데이터를 수집하는 단계가 열차단필름 및 상기 열차단금속박의 종류 및 층 수에 따라 상기 시뮬레이션제어부를 통해 상기 라인히터의 온도를 측정하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템의 구축방법은, 단열수단의 구성에 관한 데이터를 수집하는 단계가 라인히터 테스트장비에 마련된 이동용휠을 통해 상기 라인히터 테스트장비를 상기 실제의 가스배관이 설치된 환경의 온도와 동일한 온도의 챔버로 이동시켜 상기 라인히터의 온도를 측정하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템의 구축방법은, 히트트레이싱시스템을 설비하는 단계가 고체에서 기체로 상태 변환된 가스를 운반하는 가스배관에 상기 가스를 임계온도 이상으로 유지시키는 라인히터(line heater)를 설치하는 단계; 가스배관 및 라인히터를 감싸는 내부단열재 및 외부피복을 이용하여 상기 가스배관 및 라인히터를 단열시키는 단계; 및 라인히터의 온도를 제어하는 제어부를 설치하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 히트트레이싱시스템의 구축방법은, 제어부가 규격 및 층 수가 결정된 상기 열차단필름과 상기 열차단금속박을 통해, 상기 가스배관의 온도가 상기 가스의 상태변화 온도보다 높은 온도로 유지되게 상기 라인히터를 제어하도록 구성될 수 있다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 고체 무기물을 승화시키기 위해 180도씨 내지 200도씨의 범위를 유지해야 하는 히트트레이싱시스템의 효율적 구축이 가능하다.
또한, 테스트장치의 시뮬레이션에 의한 단열수단의 성능테스트에 기반하여 야외에 설치된 가스배관에 가성비 높은 라인히터조립체의 시공이 가능하다.
또한, 테스트를 이용한 시뮬레이션을 통해 가장 경제적이고 효율성이 좋은 히트트레이싱시스템의 단열재 및 보온재의 구성을 선택할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템의 구축을 위한 라인히터 테스트장비의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템에 사용되는 라인히터의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템의 구축을 위한 라인히터 테스트장비의 시험가스배관의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템의 구축방법의 흐름도이다.
도 5는 제1테스트에서 사용된 라인히터조립체의 단면도이다.
도 6은 도 5의 라인히터를 이용한 제1테스트에서 온도 분포의 예시도이다.
도 7은 도 5의 라인히터를 이용한 제1테스트에서 온도 변화 그래프이다.
도 8은 제2테스트에서 사용된 라인히터조립체의 단면도이다.
도 9는 도 8의 라인히터를 이용한 제2테스트에서 온도 분포의 예시도이다.
도 10은 도 8의 라인히터를 이용한 제2테스트에서 온도 변화 그래프이다.
도 11은 제3테스트에서 사용된 라인히터조립체의 단면도이다.
도 12는 도 11의 라인히터를 이용한 제3테스트에서 온도 분포의 예시도이다.
도 13은 도 11의 라인히터를 이용한 제3테스트에서 온도 변화 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템에 사용되는 라인히터의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템의 구축을 위한 라인히터 테스트장비의 시험가스배관의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템의 구축방법의 흐름도이다.
도 5는 제1테스트에서 사용된 라인히터조립체의 단면도이다.
도 6은 도 5의 라인히터를 이용한 제1테스트에서 온도 분포의 예시도이다.
도 7은 도 5의 라인히터를 이용한 제1테스트에서 온도 변화 그래프이다.
도 8은 제2테스트에서 사용된 라인히터조립체의 단면도이다.
도 9는 도 8의 라인히터를 이용한 제2테스트에서 온도 분포의 예시도이다.
도 10은 도 8의 라인히터를 이용한 제2테스트에서 온도 변화 그래프이다.
도 11은 제3테스트에서 사용된 라인히터조립체의 단면도이다.
도 12는 도 11의 라인히터를 이용한 제3테스트에서 온도 분포의 예시도이다.
도 13은 도 11의 라인히터를 이용한 제3테스트에서 온도 변화 그래프이다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템(20)은 라인히터조립체(100) 및 이를 제어하는 제어부(600b)를 포함하고, 라인히터조립체(100)는 가스배관 및 이에 설치된 라인히터(310)를 포함한다. 그리고 히트트레이싱시스템(20)의 구축을 위해서 시험가스배관(200a), 라인히터(310) 및 시뮬레이션제어부(600a)를 포함하는 라인히터 테스트장비(10)가 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템의 구축을 위한 라인히터 테스트장비의 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 라인히터 테스트장비(10)는 라인히터조립체(line heater assembly)(100), 라인히터조립체(100)가 설치되는 프레임조립체(frame assembly)(500), 라인히터조립체(100)를 프레임조립체(500)에 부착하기 위한 복수의 브라켓(530) 및 라인히터조립체(100)의 온도변화를 측정하는 시뮬레이션제어부(600a)를 포함하도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시되지는 않았으나, 라인히터 테스트장비(10)는 가스통을 더 구비할 수 있다. 가스통은 상온에서 고체 상태의 무기물, 예를 들어 이산화몰리브덴을 승화점 이상의 온도 예를 들어 180도씨 내지 200도씨를 형성함으로써 가스 상태를 유지시키는 기능을 갖는다.
라인히터조립체(100)를 포함하는 라인히터 테스트장비(10)는 설비 대상인 히트트레이싱시스템(20)의 구성이 재현된 것으로, 히트트레이싱시스템(20)의 실제 가스배관과 동일하 규격의 시험가스배관(200a)을 포함하도록 구성될 수 있다. 즉 라인히터조립체(100)는, 설비 대상인 히트트레이싱시스템(20)에 포함된 실제의 가스배관(200b)과 동일한 규격의 시험가스배관(200a), 시험가스배관(200a)의 가열에 사용되는 라인히터(310), 및 라인히터(310)의 표면을 감싸도록 설치되는, 단열수단(400)을 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서 사용되는 시험가스배관(200a)은 반도체 증착용으로 사용되는 가스를 운반하는 배관에 해당한다.
텅스텐 화학증착에 육불화텅스텐(WF6)과 이산화몰리브덴(MoO2Cl2)이 사용될 수 있다. 육불화텅스텐(WF6)은 이산화몰리브덴(MoO2Cl2) 보다 증기압이 높고 끓는 점이 17.3도씨인데 반하여, 이산화몰리브덴(MoO2Cl2)은 증기압이 상대적으로 낮고 끓는 점이 176도씨이다. 육불화텅스텐(WF6)과 이산화몰리브덴(MoO2Cl2)의 비저항 및 열팽창계수의 차이로 인하여 이산화몰리브덴(MoO2Cl2)이 사용되는 경우가 있다. 이러한 경우 이산화몰리브덴(MoO2Cl2)을 승화 온도인 176도씨 이상의 온도로 유지하는 것이 필요하다.
라인히터 테스트장비(10)는 시뮬레이션을 위해 히트트레이싱시스템(20)의 구성을 구현한 것이므로, 히트트레이싱시스템(20)은, 라인히터 테스트장비(10)의 구성에 따라, 고체에서 기체로 상태 변환된 가스를 운반하는 가스배관(200b), 가스배관(200b)을 따라 설치되는 라인히터(line heater)(310), 가스배관(200b) 및 라인히터(310)에 설치되는 단열수단(400) 및 라인히터(310)의 온도를 제어하는 제어부(600)를 포함하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템에 사용되는 라인히터의 예시도이다.
도 2를 참조하면, 라인히터(310)는, 한 쌍의 모선(311), 1차절연물질(312), 열선(313), 2차절연물질(314), 차폐 쉴드(315), 최종 외피(316) 및 광파이버센서(317) 및 연결접점부(318)를 포함하도록 구성될 수 있다.
한 쌍의 모선(copper bus line)(311)의 일단에는 단자가 형성되고, 단자는 커넥터를 통해 전원 단자에 연결될 수 있다. 모선(311)의 타단의 양 극은 서로 폐회로를 이룬다. 한 쌍의 모선 중에 어느 한 선이 접지될 수 있다.
1차절연물질(312)은 모선(311)과 열선(323) 사이를 절연하는 실리콘 고무 등으로 구현될 수 있다.
열선(313)은 모선(311)에 의해 공급된 전기에너지를 열에너지로 변환하는 기능을 갖는다. 열선(313)은 높은 저항을 갖는 금속 또는 이들의 합금, 예를 들어 구리-니켈, 니켈-크롬, 또는 철-니켈 등의 합금체로 구현될 수 있다.
주석 도금 동선, 예를 들어 직경 1.25mm 두 가닥의 모선(311)이 평행하게 나란히 있고, 열선(313)에 해당하는 발열체, 예를 들어 니켈 크롬 발열체가 1차 절연된 평행 도선 주위를 나선형으로 감싸고 있으며 일정한 간격, 예를 들어 1m 간격으로 평행한 모선(311)의 양 가닥과 번갈아 가며 접촉하여 발열 회로를 구성한다.
열선(313)은, 모선(311)을 따라 1차절연물질(312) 상에서 나선을 형성하도록 구성될 수 있다. 라인히터(310)는, 히팅 능력에 따라 일정 길이 내에 있는 나선의 수가 서로 다르게 구성될 수 있다. 히팅 능력이 서로 다른 라인히터(310)는 서로 다른 환경에 설치된 배관의 히트 트레이싱에 사용될 수 있다.
라인히터(310)는 모선(311)과 열선(313)이 연결되는 연결접점부(318)를 포함하도록 구성될 수 있다. 연결접점부(318)는, 일정한 간격으로 열선(313)을 한 쌍의 모선(311)과 번갈아 가며 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 즉 연결접점부(318)에 의해 일정 간격마다 모선(311)과 열선(313) 간에 병렬 회로가 생성된다.
2차절연물질(314)은 연결접점부(318) 및 모선(311)과 차폐 쉴드(315) 사이를 절연시킨다.
차폐 쉴드(315)는 라인히터(310)의 외부에서 유입되는 노이즈를 차폐하는 역할을 한다. 차폐 쉴드(315)는 실제 금속선이 직조식으로 짜인 형태로 구현될 수 있다.
최종 외피(316)가 차폐 쉴드(315)를 감싸게 된다. 최종 외피는 PVC 소재 등이 사용될 수 있다. 금속관이 최종 외피(316)를 감싸도록 추가될 수 있다. 이 경우 금속관에 대한 접지가 필요하다.
광파이버센서(317)는 열에너지가 이용되는 전기 히트 트레이싱(electric heat tracing )의 온도 측정에 사용될 수 있다. 광파이버센서(317)는, 입사된 특정 파장의 레이저 광을 일정 위치마다 산란시켜 히트 트레이싱의 온도 및 위치 측정에 사용될 산란광을 출력하는 역할을 한다.
광파이버센서(317)의 소재는 유리 광파이버(glass optical fiber) 또는 플라스틱 광파이버(plastic optical fiber)일 수 있다.
단열수단(400)은, 내부단열재(410) 및 외부피복(420)을 포함하도록 구성될 수 있다. 내부단열재(410)는, 열차단필름(411) 및 열차단금속박(412)을 포함할 수 있다.
프레임조립체(500)는 복수의 프레임모듈(510)을 이용하여 조립될 수 있다. 프레임모듈(510)을 이용하여 시뮬레이션제어부(600a)를 프레임조립체(500)에 부착할 수 있다.
프레임조립체(500)의 바닥에는 이동용휠(520)이 구비될 수 있다. 이동용휠(520)을 통해 라인히터 테스트장비(10)는, 히트트레이싱시스템(20)이 설치될 대기 상태와 유사한 상황의 챔버로 이동될 수 있다. 예를 혹한의 대기상황이 재현될 수 있게, 냉장 및 냉장 장치가 구비된 챔버로 이동될 수 있다.
시뮬레이션제어부(600a)는, 열차단필름과 열차단금속박의 종류, 및 시공횟수의 변화에 따른 테스트를 통해 상기 라인히터(310)의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.
프레임조립체(500)는, 저면에 이동용휠(520)을 포함하고, 시뮬레이션제어부(600a)는, 이동용휠(520)을 이용하여 라인히터조립체(100)를 히트트레이싱시스템(20)이 속하는 환경의 대기와 동일하게 조성된 챔버로 이동시켜 라인히터조립체(100)의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.
프레임조립체(500)는, 복수의 프레임모듈(510)을 포함하고, 프레임모듈(510)이 조립되어 프레임조립체(500)가 원통 또는 직육면체 형태를 가질 수 있다. 라인히터조립체(100)는, 원통 또는 직육면체 모양의 프레임조립체(500)의 내측 둘레에 감기면서 경사진 나선 모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 라인히터조립체(100)가 경사지게 감김으로써 라인히터조립체(100)의 길이가 최대로 길게 연장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템의 구축을 위한 라인히터 테스트장비(10)의 시험가스배관의 예시도이다.
도 3을 참조하면, 시험가스배관(200a)은, 테스트대상에 해당하는 히트트레이싱시스템(20)에 사용되는 가스배관(200b)과 동일한 규격의 것이 설치되는 것이 특징이다. 시험가스배관(200a)에 접촉하여 라인히터(310)가 설치되고, 시험가스배관(200a) 및 라인히터(310)를 감싸는 단열수단(400)이 설치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템의 구축방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트트레이싱시스템의 구축방법(S100)은, 시험가스배관(200a), 라인히터(310), 시험가스배관(200a)과 라인히터(310)에 설치되는 단열수단(400) 및 라인히터(310)를 제어하는 시뮬레이션제어부(600a)를 포함하는 라인히터 테스트장비(10)를 구현하는 단계(S110), 라인히터 테스트장비(10)에 의한 시뮬레이션을 통해 단열수단(400)의 구성에 관한 데이터를 수집하는 단계(S120) 및 단열수단(400)의 구성에 관한 데이터를 이용하여 실제의 가스배관(200b)에 히트트레이싱시스템(20)을 설비하는 단계(S130)를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 시험가스배관(200a)은, 실제의 가스배관(200b)과 동일한 규격의 가스배관인 것을 특징으로 한다.
라인히터 테스트장비(10)를 구현하는 단계(S110)는, 단열수단(400)으로 내부단열재 및 외부피복을 이용하여 시험가스배관(200a) 및 라인히터(310)를 감싸는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
라인히터 테스트장비(10)를 구현하는 단계는, 내부단열재로서 적어도 한 층 이상의 열차단필름 및 열차단금속박을 이용하여 시험가스배관(200a) 및 라인히터(310)를 감싸는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 라인히터(310)는, 전원에 연결된 한 쌍의 모선, 모선과 연결되는 열선 및 상기 열선의 온도를 측정하는 광파이버센서를 포함하도록 구성될 수 있다.
단열수단(400)의 구성에 관한 데이터를 수집하는 단계는, 열차단필름 및 상기 열차단금속박의 종류 및 층 수에 따라 상기 시뮬레이션제어부(600a)를 통해 상기 라인히터의 온도를 측정하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다(S121).
또한, 단열수단의 구성에 관한 데이터를 수집하는 단계(S120)는, 라인히터 테스트장비(10)에 마련된 이동용휠을 통해 라인히터 테스트장비(10)를 실제의 가스배관(200b)이 설치된 환경의 온도와 동일한 온도의 챔버로 이동시켜 라인히터(3100의 온도를 측정하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다(S122).
히트트레이싱시스템(20)을 설비하는 단계(S130)는, 고체에서 기체로 상태 변환된 가스를 운반하는 가스배관에 상기 가스를 임계온도 이상으로 유지시키는 라인히터(line heater)를 설치하는 단계; 가스배관(200b) 및 라인히터(310)를 감싸는 내부단열재 및 외부피복을 이용하여 가스배관(200b) 및 라인히터(310)를 단열시키는 단계; 및 라인히터(310)의 온도를 제어하는 제어부(600b)를 설치하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
제어부(600b)는, 규격 및 층 수가 결정된 상기 열차단필름과 열차단금속박을 통해, 가스배관(200b)의 온도가 가스의 상태변화 온도보다 높은 온도로 유지되게 상기 라인히터(310)를 제어하도록 구성될 수 있다.
라인히터의 온도를 측정하는 단계(S120)는 내부단열재의 구성 변화에 따라 제어부(600b)를 통해 라인히터의 온도를 측정하는 단계(S121)를 포함할 수 있다.
여기서, 라인히터조립체(100)는, 테스트대상에 포함된 가스배관(200b)과 동일한 규격의 시험가스배관(200a), 시험가스배관(200a)의 가열에 사용되는 라인히터(310), 및 시험가스배관(200a)과 라인히터(310)의 표면을 감싸도록 설치되는 단열수단(400)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이하 예시를 통해 라인히터 테스트장비(10)를 이용하여 단열수단의 구성에 관한 데이터를 수집하는 단계에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 제1테스트에서 사용된 라인히터조립체의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 제1테스트에 사용된 라인히터조립체(100)의 단면이 묘사되어 있다. 라인히터조립체(100)는, 시험가스배관(200a) 및 라인히터(310)를 감싸는 4회의 작업에 의한 4개 층의 열차단필름(411), 4회의 작업에 의한 4개 층의 열차단금속박(412) 및 1회의 작업에 의한 1개 층의 외부피복(420)을 포함할 수 있다.
열차단필름(411)으로 카본 열차단 비접착 테이프가 사용될 수 있다. 열차단금속박(412)으로 유리섬유 양면 알루미늄 호일이 사용될 수 있다. 그리고 외부피복(420)으로 고무발포단열재가 사용될 수 있다.
도 6은 도 5의 라인히터를 이용한 제1테스트에서 온도 분포의 예시도이다.
도 6을 참조하면, 제1테스트에서 최고온도는 205도씨이다.
도 7은 도 5의 라인히터를 이용한 제1테스트에서 온도 변화 그래프이다.
도 7을 참조하면, 제1테스트에서 온도 측정을 시작한지 약 3시간 경과한 시점에서 205도씨의 최고온도가 측정되었다.
도 8은 제2테스트에서 사용된 라인히터조립체의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 제2테스트에 사용된 라인히터조립체(100)의 단면이 묘사되어 있다. 라인히터조립체(100)는, 시험가스배관(200a) 및 라인히터(310)를 감싸는 2회 작업에 의한 2개 층의 열차단필름(411a, 411b), 2회 작업에 의한 2개 층의 열차단금속박(412) 및 1회 작업에 의한 1개 층의 외부피복(420)을 포함할 수 있다.
열차단필름(411a, 411b)으로 2가지 종류의 카본 열차단 비접착 테이프가 사용될 수 있다. 열차단금속박(412)으로 유리섬유 양면 알루미늄 호일이 사용될 수 있다. 그리고 외부피복(420)으로 고무발포단열재가 사용될 수 있다.
도 9는 도 8의 라인히터를 이용한 제2테스트에서 온도 분포의 예시도이다.
도 9를 참조하면, 제2테스트에서 최고온도는 194.2도씨이다.
도 10은 도 8의 라인히터를 이용한 제2테스트에서 온도 변화 그래프이다.
도 10을 참조하면, 제2테스트에서 온도 측정을 시작한지 약 3시간 경과한 시점에서 194.2도씨의 최고온도가 측정되었다.
도 11은 제3테스트에서 사용된 라인히터조립체의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 제3테스트에 사용된 라인히터조립체(100)의 단면이 묘사되어 있다. 라인히터조립체(100)는, 시험가스배관(200a) 및 라인히터(310)를 감싸는 2회 작업에 의한 2개 층의 열차단필름(411a, 411b), 3회 작업에 의한 3개 층의 열차단금속박(412) 및 1회 작업에 의한 1개 층의 외부피복(420)을 포함할 수 있다.
열차단필름(411a, 411b)으로 2가지 종류의 카본 열차단 비접착 테이프가 사용될 수 있다. 열차단금속박(412)으로 유리섬유 양면 알루미늄 호일이 사용될 수 있다. 그리고 외부피복(420)으로 고무발포단열재가 사용될 수 있다.
도 12는 도 11의 라인히터를 이용한 제3테스트에서 온도 분포의 예시도이다.
도 12를 참조하면, 제3테스트에서 최고온도는 191.1도씨이다.
도 13은 도 11의 라인히터를 이용한 제3테스트에서 온도 변화 그래프이다.
도 13을 참조하면, 제3테스트에서 온도 측정을 시작한지 약 3시간 경과한 시점에서 191.1도씨의 최고온도가 측정되었다.
제1테스트, 제2테스트 및 제3테스트의 온도측정 결과를 종합하면, 제1테스트에서 보온재의 외곽 사이즈는 120, 시공횟수는 9회 그리고 최고온도는 205도씨이다. 제2테스트에서 보온재의 외곽 사이즈는 100, 시공횟수는 5회 그리고 최고온도는 194.2도씨이다. 제3테스트에서 보온재의 외곽 사이즈는 100, 시공횟소는 6회 그리고 최고온도는 191.1도씨이다.
제1테스트는 보온 효율이 가장 뛰어났지만, 시공횟수에 따른 시공비, 인건비 및 자재비가 높게 나오는 것이 단점이다. 제2테스트는 시공횟수가 가장 적고, 보온 효율이 제1테스트에 비해 낮은 것이 단점이다. 제3테스트는 시공횟수가 두번째로 적고, 제2테스트 대비 시공횟수가 많음에도 불구하고 보온 효율이 떨어지는 것이 단점이다.
따라서, 요구되는 목표온도에 따라서, 목표온도가 200도씨인 경우, 제1테스트가 최종 선택될 수 있고, 목표온도가 194도씨인 경우에는 가장 경제성이 높은 제2테스트가 최종 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 라인히터 테스트장비(10)는 상온에서 고체로 존재하는 무기물을 승화시켜 가스 상태를 유지시켜야 하는 히트트레이싱 시스템(20)의 시공에 앞서서 히트트레이싱시스템(20)과 동일한 조건, 예를 들어 동일한 규격의 시험가스배관(200a) 및 대기환경에서, 어떤 종류의 내부단열재를 몇 회 사용할 것인가를 테스트할 수 있는 장비에 해당한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 야외에 설치되는 히트트레이싱시스템의 설치에 앞서 실제 시뮬레이션을 통해 온도를 측정하고, 히트트레이싱시스템을 테스트할 수 있다.
또한, 테스트를 통해 가장 경제적이고 효율성이 좋은 히트트레이싱시스템의 단열재 및 보온재의 구성을 선택할 수 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
10: 라인히터 테스트장비
20: 히트트레이싱시스템
100: 라인히터조립체
200a: 시험가스배관
200b: 가스배관
310: 라인히터
600a: 시뮬레이션제어부
600b: 제어부
20: 히트트레이싱시스템
100: 라인히터조립체
200a: 시험가스배관
200b: 가스배관
310: 라인히터
600a: 시뮬레이션제어부
600b: 제어부
Claims (15)
- 고체에서 기체로 상태 변환된 가스를 운반하는 가스배관;
상기 가스배관을 따라 설치되는 라인히터(line heater);
상기 가스배관 및 상기 라인히터에 설치되는 단열수단; 및
상기 라인히터의 온도를 제어하는 제어부를 포함하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템. - 청구항 1에 있어서, 상기 단열수단은,
상기 가스배관 및 상기 라인히터를 감싸는 내부단열재 및 외부피복을 포함하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템. - 청구항 2에 있어서, 상기 내부단열재는
적어도 한 층 이상의 열차단필름 및 열차단금속박을 포함하고,
상기 가스의 종류 및 상기 가스배관이 설치된 환경의 온도에 따라 상기 열차단필름과 상기 열차단금속박의 규격 및 층 수가 결정되는,
히트트레이싱시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 열차단필름과 상기 열차단금속박의 규격 및 층 수는,
시험가스배관, 상기 라인히터, 상기 단열수단 및 시뮬레이션제어부를 포함하는 라인히터 테스트장비에 의해 수행되는 시뮬레이션 결과에 기반하여 결정되도록 구성되는,
히트트레이싱시스템. - 청구항 4에 있어서, 상기 제어부는,
규격 및 층 수가 결정된 상기 열차단필름과 상기 열차단금속박을 통해, 상기 가스배관의 온도가 상기 가스의 상태변화 온도보다 높은 온도로 유지되게 상기 라인히터를 제어하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템. - 청구항 1에 있어서, 상기 라인히터는,
전원에 연결된 한 쌍의 모선;
상기 모선과 연결되는 열선 및;
상기 열선의 온도를 측정하는 광파이버센서를 포함하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템. - 시험가스배관, 라인히터, 상기 시험가스배관과 라인히터에 설치되는 단열수단 및 상기 라인히터를 제어하는 시뮬레이션제어부를 포함하는 라인히터 테스트장비를 구현하는 단계;
상기 라인히터 테스트장비에 의한 시뮬레이션을 통해 상기 단열수단의 구성에 관한 데이터를 수집하는 단계; 및
상기 단열수단의 구성에 관한 데이터를 이용하여 실제의 가스배관에 히트트레이싱시스템을 설비하는 단계를 포함하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템의 구축방법. - 청구항 7에 있어서, 상기 시험가스배관은,
상기 실제의 가스배관과 동일한 규격의 가스배관인 것을 특징으로 하는,
히트트레이싱시스템의 구축방법. - 청구항 7에 있어서, 상기 라인히터 테스트장비를 구현하는 단계는,
상기 단열수단으로 내부단열재 및 외부피복을 이용하여 상기 시험가스배관 및 상기 라인히터를 감싸는 단계를 포함하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템의 구축방법. - 청구항 9에 있어서, 상기 라인히터 테스트장비를 구현하는 단계는,
상기 내부단열재로서 적어도 한 층 이상의 열차단필름 및 열차단금속박을 이용하여 상기 시험가스배관 및 상기 라인히터를 감싸는 단계를 포함하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템의 구축방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 라인히터는,
전원에 연결된 한 쌍의 모선, 상기 모선과 연결되는 열선 및 상기 열선의 온도를 측정하는 광파이버센서를 포함하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템의 구축방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 단열수단의 구성에 관한 데이터를 수집하는 단계는,
상기 열차단필름 및 상기 열차단금속박의 종류 및 층 수에 따라 상기 시뮬레이션제어부를 통해 상기 라인히터의 온도를 측정하는 단계를 포함하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템의 구축방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 단열수단의 구성에 관한 데이터를 수집하는 단계는,
상기 라인히터 테스트장비에 마련된 이동용휠을 통해 상기 라인히터 테스트장비를 상기 실제의 가스배관이 설치된 환경의 온도와 동일한 온도의 챔버로 이동시켜 상기 라인히터의 온도를 측정하는 단계를 포함하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템의 구축방법. - 청구항 10에 있어서, 상기 히트트레이싱시스템을 설비하는 단계는,
고체에서 기체로 상태 변환된 가스를 운반하는 가스배관에 상기 가스를 임계온도 이상으로 유지시키는 라인히터(line heater)를 설치하는 단계;
상기 가스배관 및 라인히터를 감싸는 내부단열재 및 외부피복을 이용하여 상기 가스배관 및 라인히터를 단열시키는 단계; 및
상기 라인히터의 온도를 제어하는 제어부를 설치하는 단계를 포함하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템의 구축방법. - 청구항 14에 있어서, 상기 제어부는,
규격 및 층 수가 결정된 열차단필름과 상기 열차단금속박을 통해, 상기 가스배관의 온도가 상기 가스의 상태변화 온도보다 높은 온도로 유지되게 상기 라인히터를 제어하도록 구성되는,
히트트레이싱시스템의 구축방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220148054A KR20240066814A (ko) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | 히트트레이싱시스템 및 이의 구축방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220148054A KR20240066814A (ko) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | 히트트레이싱시스템 및 이의 구축방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240066814A true KR20240066814A (ko) | 2024-05-16 |
Family
ID=91276398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220148054A KR20240066814A (ko) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | 히트트레이싱시스템 및 이의 구축방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240066814A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101254531B1 (ko) | 2006-09-11 | 2013-04-19 | 씨앤지하이테크 주식회사 | 반도체 제조를 위한 유체가열용 인라인히터유닛 |
-
2022
- 2022-11-08 KR KR1020220148054A patent/KR20240066814A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101254531B1 (ko) | 2006-09-11 | 2013-04-19 | 씨앤지하이테크 주식회사 | 반도체 제조를 위한 유체가열용 인라인히터유닛 |
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