KR101781404B1 - apparatus for detecting ice-formation of offshore plant - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 해양플랜트용 결빙감지장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 설치 편의성 및 감지 정확성이 개선되는 해양플랜트용 결빙감지장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
풍력발전은 자연 상태의 무공해 에너지원이자, 화석연료의 대체 에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원으로서 평가받는 풍력을 이용한 발전으로 구조적인 간결성과 설치/운영의 편의성 등의 장점을 갖는다. Wind power generation is a non-polluting energy source in the natural state, and it has advantages such as structural simplicity and convenience of installation / operation by using wind power which is evaluated as the most economical energy source among alternative energy sources of fossil fuels.
이러한, 풍력발전설비는 풍력자원의 원활한 수급을 위해 고풍속의 저온지역인 고위도에 많이 설치되며, 장소 제약의 해소를 위해 육지로부터 떨어진 해상에 대규모 단지가 조성되고 있다. In order to smooth supply and demand of wind resources, such wind power generation facilities are installed at high latitudes, which are low temperatures in ancient times, and large-scale complexes are being built on the sea off the land to solve the place constraints.
한편, 도 1은 종래의 풍력발전설비에서 블레이드에 결빙이 발생된 상태를 나타낸 예시도이다. 1 is an exemplary view showing a state where ice is formed in a blade in a conventional wind power generation facility.
도 1에서 보는 바와 같이, 저온지역에서는 블레이드(1) 상에 발생되는 결빙(2)으로 인해 블레이드(1)의 회전시 반경방향으로 불필요한 하중이 형성되며, 블레이드(1)의 내구성 저하, 발전량 저하, 아이스 드로우(ice throw; 얼음이 주변으로 투척되는 현상) 등의 문제를 유발하였다. 1, an unnecessary load is formed in the radial direction when the
따라서, 풍력발전설비의 안전한 운영을 위해서는 블레이드(1) 상의 결빙(2)을 적절한 시점에 제거하는 것이 바람직하며, 결빙 상태를 감지하기 위한 감지장치가 필수적이다. 물론, 이러한 결빙감지장치는 풍력발전장치의 블레이드(1)에 한정되지 않고, 고층 건물의 외벽이나 창문, 빙해운항용 선박, 해상구조물 등 다양한 결빙 예상 지점에 설치되어 사용될 수 있다. Therefore, it is desirable to remove the
도 2는 종래의 풍력발전설비에 설치된 결빙감지장치를 나타낸 예시도이다. FIG. 2 is a view illustrating an ice detection device installed in a conventional wind turbine.
도 2에서 보는 바와 같이, 종래의 결빙감지장치는 블레이드(1)의 표면에 설치된 스트레인게이지(3a,3b)와, 스트레인게이지(3a,3b)의 감지신호에 따라 블레이드(1)의 결빙상태를 판별 및 표지하는 알림수단을 포함하여 구비된다. As shown in FIG. 2, the conventional freeze detection apparatus includes
상세히, 블레이드(1) 표면에 결빙이 발생되면, 결빙의 하중에 의해 블레이드의 길이방향으로 압축 또는 신장이 발생되므로, 스트레인게이지(3a,3b)를 통해 블레이드(1)의 변형량 정보가 측정될 수 있으며, 변형량 정보를 통해 블레이드(1) 표면에 대한 결빙 발생 여부가 판별될 수 있다. Specifically, when freezing occurs on the surface of the
이때, 측정된 변형량이 미리 설정된 한계변형량을 벗어나면, 블레이드(1)의 회전속도를 감속하는 등의 제한운전을 하거나, 블레이드(1)의 회전을 정지시켜 결빙제거작업을 하게 된다.At this time, if the measured deformation amount deviates from the predetermined limit deformation amount, the limiting operation such as decelerating the rotation speed of the
그러나, 이러한 결빙감지장치의 경우, 블레이드(1)의 표면에 직접 스트레인게이지(3a,3b)를 부착하여야 하므로, 설치 과정이 복잡할 뿐만 감지신호의 전송을 위한 신호 연결선의 설치에 어려움이 있다. However, since the
특히, 해상 풍력발전설비, 해양구조물과 같은 해양플랜트에서는 설치불량, 노후화 등으로 스트레인게이지(3a,3b)의 교체의 필요한 경우, 낮은 접근성으로 인해 유지관리작업에 상당한 어려움이 동반되는 문제점이 있었다. Particularly, in the offshore plant such as offshore wind power generation facilities and offshore structures, when the
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 설치 편의성 및 감지 정확성이 개선되는 해양플랜트용 결빙감지장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an ice detection apparatus for an offshore plant having improved installation convenience and detection accuracy.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 결빙감지대상부가 배치된 대상환경과 인접한 유사 결빙환경에 설치되되, 내부에 장착공간이 구비된 스트럿몸체; 상기 스트럿몸체를 관통하도록 배치되어 상단부가 상기 유사 결빙환경에 노출되되 하단부가 상기 장착공간에 삽입되는 자왜소재의 프로브; 상기 프로브의 하부 외주를 감싸도록 배치되어 자왜 진동을 위한 구동 자계를 형성하는 코일부; 상기 프로브의 진동 주파수 조절을 위해 기설정된 탄성계수를 갖도록 구비되어 상기 프로브의 하단부를 탄발 지지하는 탄성부재; 상기 프로브의 진동 주파수를 실시간 감지하는 오실레이터; 상기 오실레이터에 의해 감지된 진동 주파수가 기설정된 결빙기준 주파수 이하로 감소되면 결빙 상태에 대응되는 모니터링신호를 송출하는 연산제어부; 상기 프로브의 진동 주파수가 초기화되도록 상기 송출된 모니터링신호에 따라 상기 프로브를 가열하는 가열부; 및 상기 프로브의 상부 외주를 감싸도록 상기 스트럿몸체의 상면부에 구비되어 상기 유사 결빙환경의 기류를 상기 대상환경의 기류에 대응되도록 유도하는 기류유도프레임을 포함하는 해양플랜트용 결빙감지장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a refrigerator including: a strut body installed in a pseudo-freezing environment adjacent to a target environment in which a freeze detection target portion is disposed, A probe of a magnetostrictive material arranged to penetrate the strut body and having an upper end exposed to the pseudo freezing environment and a lower end inserted into the mounting space; A coil part arranged to surround the outer periphery of the lower part of the probe and forming a driving magnetic field for magnetostrictive vibration; An elastic member provided to have a predetermined elastic modulus for adjusting a vibration frequency of the probe, and elastically supporting a lower end of the probe; An oscillator for detecting a vibration frequency of the probe in real time; An arithmetic and control unit for sending a monitoring signal corresponding to the icing state when the oscillation frequency detected by the oscillator is reduced below a predetermined icing reference frequency; A heating unit for heating the probe according to the transmitted monitoring signal so that a vibration frequency of the probe is initialized; And an airflow guiding frame provided on an upper surface of the strut body to surround an outer periphery of the probe so as to guide the airflow of the pseudo freezing environment to correspond to the airflow of the target environment .
여기서, 상기 결빙감지장치는 상기 프로브의 진동 변위가 증가되도록 상기 코일부의 외주를 따라 배치되어 바이어스자계를 형성하는 마그넷부와, 상기 스트럿몸체의 내면에 설치되어 상기 모니터링신호에 따라 상기 스트럿몸체 및 상기 기류유도프레임을 가열하는 보조가열부를 더 포함하되, 상기 기류유도프레임은 상기 프로브의 상부 외경을 초과하는 내경의 나선형 코일관부재로 구비됨이 바람직하다. The freeze sensing device includes a magnet unit disposed along the outer periphery of the coil portion to increase a vibration displacement of the probe to form a bias magnetic field, a magnet unit installed on an inner surface of the strut body, And an auxiliary heating unit for heating the airflow guiding frame, wherein the airflow guiding frame is provided with a helical coaxial member having an inner diameter exceeding the outer diameter of the upper portion of the probe.
그리고, 상기 기류유도프레임은 격자형 매쉬구조의 측벽을 갖되 상기 프로브의 상부 외경을 초과하는 내경의 관부재로 구비됨이 바람직하다.Preferably, the airflow guiding frame is provided with a tube member having a sidewall of a lattice-shaped mesh structure and an inner diameter exceeding an upper outer diameter of the probe.
또한, 상기 기류유도프레임은 복수의 링부재가 상하방향으로 상호 이격되도록 다단 연결되어 구비됨이 바람직하다. In addition, it is preferable that the airflow guide frame is provided so that a plurality of ring members are vertically connected to each other so as to be spaced apart from each other.
한편, 상기 기류유도프레임은 복수의 수직바부재가 원주방향으로 상호 이격되도록 다단 연결되어 구비됨이 바람직하다. Preferably, the airflow guiding frame includes a plurality of vertical bar members connected to each other so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction.
상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다. Through the above solution, the present invention provides the following effects.
첫째, 종래에 센서장치 등이 결빙감지대상부에 직접 설치되는 것과 달리, 대상환경과 인접한 유사 결빙환경에 배치된 프로브의 진동 주파수 변화를 통해 결빙감지대상부의 결빙상태가 간접적으로 감지되므로 결빙감지대상부의 구동 성능 저하가 최소화되면서도 안정적인 모니터링이 가능하다.First, unlike the case where a sensor device or the like is installed directly on an object to be detected for ice, a freezing state of the object to be detected is indirectly detected through a change in vibration frequency of a probe disposed in a similar ice- Stable driving performance can be minimized while minimizing degradation in driving performance.
둘째, 상기 유사 결빙환경에서 유동되는 기류가 기류유도프레임을 거쳐 결빙감지대상부측 대상환경과 유사한 층류 흐름으로 유도 전환되되 기류유도프레임과 프로브 사이 공간에서 압축 유동됨에 따라 대상환경의 기류가 결빙감지대상부에 높은 압력으로 충돌되는 기상조건이 모사될 수 있어 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 감지 정확성이 개선될 수 있다. Second, the airflow flowing in the pseudo-icing environment is converted into a laminar flow similar to the target environment of the ice detection target via the airflow guiding frame, and the airflow of the target environment is detected The collision with the high pressure can be simulated to improve the accuracy of detection of the occurrence of ice and the growth condition.
셋째, 진동 주파수의 초기화시 프로브를 가열하는 가열부와 함께, 스트럿몸체 및 기류유도프레임을 가열하는 보조가열부가 구동되어 프로브의 주변 온도를 상승시킴에 따라 신속/정확한 결빙 제거가 가능하므로 장치의 감지 정확성이 개선될 수 있다. Third, in addition to the heating unit that heats the probe at the initialization of the vibration frequency, the auxiliary heating unit that heats the strut body and the airflow guide frame is driven to raise the ambient temperature of the probe, Accuracy can be improved.
넷째, 상기 프로브의 하단부를 지지하는 탄성부재의 탄성계수에 따라 구동자계나 프로브 등의 설계변경 없이도 자왜 진동 주파수가 넓은 범위로 조절될 수 있으므로 유사 결빙환경의 다양한 기상조건에 적합한 초기 진동 주파수가 용이하게 설정될 수 있어 제품의 호환성이 증가될 수 있다. Fourth, since the magnetostrictive vibration frequency can be adjusted to a wide range without changing the design of the driving magnetic field or the probe according to the elastic modulus of the elastic member supporting the lower end portion of the probe, the initial vibration frequency suitable for various weather conditions The compatibility of the product can be increased.
다섯째, 상기 드라이브코일부 및 피드백코일부가 반대되는 자극방향을 갖는 한쌍의 구동자계를 형성하되, 각 코일부의 외주에 배치된 마그넷부를 통해 구동자계와 직교하는 바이어스자계가 형성되어 각 구동자계의 자기력선이 프로브의 축방향으로 정렬되므로 프로브의 신축 변위량 및 진폭량이 증가되어 진동 주파수의 검출 정확성이 개선될 수 있다. Fifth, a pair of driving magnetic fields having a magnetic pole direction opposite to that of the drive coil part and the feedback coil part are formed, and a bias magnetic field orthogonal to the driving magnetic field is formed through a magnet part disposed on the outer periphery of each coil part, Is aligned in the axial direction of the probe, the amount of expansion and contraction of the probe is increased and the accuracy of detecting the vibration frequency can be improved.
도 1은 종래의 풍력발전설비에서 블레이드에 결빙이 발생된 상태를 나타낸 예시도.
도 2는 종래의 풍력발전설비에 설치된 결빙감지장치를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치의 설치상태를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 블록도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치에서 기류유도프레임의 변형예를 나타낸 측면도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치에서 프로브의 변형예를 나타낸 평면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제2실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 측면도.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 측면도.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 측면도.
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 측면도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an exemplary view showing a state where ice is formed on a blade in a conventional wind power generation facility.
BACKGROUND OF THE
3 is a view illustrating an installation state of an ice detection device for a marine plant according to a first embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of an ice detection device for an offshore plant according to a first embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating an ice detection apparatus for an offshore plant according to a first embodiment of the present invention.
6A and 6B are side views showing a modification of the airflow guiding frame in the ice detection device for a marine plant according to the first embodiment of the present invention.
7A and 7B are plan views showing a modification of the probe in the ice detection device for a marine plant according to the first embodiment of the present invention.
8A and 8B are side views of an ice detection device for an offshore plant according to a second embodiment of the present invention.
9 is a side view of an ice detection device for a marine plant according to a third embodiment of the present invention.
10 is a side view of an ice detection device for a marine plant according to a fourth embodiment of the present invention;
11 is a side view of an ice detection apparatus for an offshore plant according to a fifth embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an ice detection apparatus for an offshore plant according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치의 설치상태를 나타낸 예시도이며, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 블록도이며, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치에서 기류유도프레임의 변형예를 나타낸 측면도이며, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치에서 프로브의 변형예를 나타낸 평면도이다. FIG. 3 is a view illustrating an installation state of an ice detection device for a marine plant according to a first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a sectional view of an ice detection device for a marine plant according to the first embodiment of the present invention, FIG. 5 is a block diagram showing an ice-making sensing apparatus for a marine plant according to a first embodiment of the present invention. FIG. 6A and FIG. 7A and 7B are plan views showing a modification of the probe in the ice detection device for a marine plant according to the first embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 7b에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치(100)는 스트럿몸체(20), 프로브(10), 코일부(40), 마그넷부(50), 탄성부재(70), 오실레이터(31), 연산제어부(32), 가열부(60a), 그리고 기류유도프레임(80)을 포함한다. 3 to 7B, the
여기서, 상기 결빙감지장치(100)는 결빙감지대상부의 결빙 발생여부 및 성장상태를 감지하되, 감지된 결빙 발생여부 및 성장상태에 대응되는 모니터링신호를 관리서버(미도시) 등으로 전송하는 장치를 의미한다. Here, the freezing
이때, 상기 관리서버(미도시)는 상기 수신된 모니터링신호에 따라 상기 결빙감지대상부의 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 알림메시지를 생성하여 관리자측 표시장치(미도시)로 표시할 수 있다. At this time, the management server (not shown) may generate a notification message on whether or not the icing detection target portion has iced and grown according to the received monitoring signal, and may display the notification message on the manager side display device (not shown).
여기서, 상기 알림메시지는 상기 결빙감지대상부의 결빙 발생여부 및 성장상태를 나타내는 음성, 이미지, 텍스트 등으로 구비될 수 있으며, 상기 알림메시지에 따라 결빙감지대상부에 발생된 결빙을 제거하는 일련의 유지보수작업이 수행될 수 있다. Here, the notification message may include a voice, an image, and a text indicating whether or not the ice detection object is iced and a growth state. The notification message may include a series of maintenance A maintenance work can be performed.
이때, 상기 결빙감지대상부는 해양 풍력발전설비의 블레이드(1), 빙해운항용 선박의 갑판 등과 같이 저온의 해상환경에 노출되는 각종 해양플랜트의 주요 구조부를 의미하며, 고층건물의 외벽이나 창문, 등 다양한 결빙 예상 지점을 포괄하는 개념으로 이해함이 바람직하다. Here, the freezing target portion refers to a main structural portion of various offshore plants exposed to a low temperature marine environment such as a
한편, 도 3 내지 도 4를 참조하면, 상기 스트럿몸체(20)는 상기 결빙감지대상부가 배치된 대상환경(b)과 인접한 유사 결빙환경(a)에 설치된다. 3 to 4, the
여기서, 상기 유사 결빙환경(a)은 상기 대상환경(b)과 유사한 온도, 습도, 풍속 등의 기상조건을 갖는 환경을 의미하며, 대상환경(b)과 인접하면서도 결빙감지장치(100)의 설치가 용이한 영역으로 설정될 수 있다. Here, the pseudo freezing environment (a) refers to an environment having a weather condition such as temperature, humidity, wind speed and the like similar to the target environment (b) Can be set as an easy area.
예를 들어, 해상 풍력발전설비의 블레이드(1)가 결빙감지대상부인 경우, 상기 유사 결빙환경(a)은 상기 블레이드(1)를 지지하는 나셀(4)의 상면부측으로 설정될 수 있다. For example, when the
이때, 상기 나셀(4)의 상면부는 상기 블레이드(1)가 배치된 대상환경(b)으로부터 인접 배치되어 대상환경(b)과 유사한 기상조건을 갖되, 회전 등의 운동이 직접 발생되지 않는 부분으로 상기 결빙감지장치(100) 및 배선의 설치가 용이하다. At this time, the upper surface of the
또한, 상기 결빙감지장치(100)가 상기 블레이드(1) 또는 대상환경(b)에 직접 설치되는 것이 아니라, 블레이드(1) 또는 대상환경(b)과 인접한 유사 결빙환경(a)에서 대상환경(b)의 기상조건에 따른 블레이드(1)의 결빙 발생여부 및 성장상태를 간접적으로 감지하므로 블레이드(1)의 회전 운동에 대한 영향이 최소화될 수 있다. It is also possible that the
즉, 상기 결빙감지대상부의 성능 저하 없이 결빙 발생여부 및 성장상태가 안정적으로 모니터링될 수 있으므로 제품의 효율성이 개선될 수 있다. That is, the ice-making occurrence and the growth state can be stably monitored without deteriorating the performance of the ice-sensing target portion, so that the efficiency of the product can be improved.
이때, 상기 스트럿몸체(20)는 상기 나셀(4)의 상면부에 직접 설치되는 것도 가능하나, 상기 스트럿몸체(20) 및 상기 나셀(4)의 상면부 사이에는 전원부(33)를 비롯한 각종 전장부품이 설치되는 하우징(30)이 구비됨이 바람직하다. The
여기서, 상기 스트럿몸체(20)는 상기 유사 결빙환경(a)의 기류에 대한 저항이 최소화되되 내부에 장착공간(s)이 형성되도록 뒤집어진 원통형으로 구비되고, 상면부에 프로브(10)의 설치를 위한 프로브관통홀(21)이 형성됨이 바람직하다. Here, the
그리고, 상기 하우징(30)의 상면부에는 몸체결합홀(35)이 형성되며, 상기 스트럿몸체(20)의 하단부가 상기 몸체결합홀(35)에 결합됨에 따라 상기 장착공간(s)과 상기 하우징(30)의 내부 공간이 상호 연통될 수 있다. A body coupling hole 35 is formed in the upper surface of the
이때, 상기 하우징(30) 및 상기 스트럿몸체(20)는 유사 결빙환경(a)의 기상 조건으로 인한 부식이나 파손이 최소화되도록 내수성 및 내압성이 뛰어난 금속 재질 또는 엔지니어링 플라스틱 소재로 구비됨이 바람직하다. At this time, the
한편, 상기 프로브(10)는 상기 스트럿몸체(20)의 상면부를 관통하도록 상기 프로브관통홀(21)을 따라 배치되며, 상단부가 상기 유사 결빙환경(a)에 노출되되, 하단부가 상기 장착공간(s)에 삽입된다. The
그리고, 상기 코일부(40)는 상기 장착공간(s)에 배치되되 상기 프로브(10)의 하부 외주를 감싸도록 구비되어 자왜 진동을 위한 구동자계를 형성한다. The
상세히, 상기 코일부(40)는 피복 등에 의해 절연된 전선이 프로브(10)의 축방향을 따라 나선형으로 복수회 권취되어 형성되며, 전류 인가시 나선형의 전류 흐름을 형성할 수 있다. In detail, the
그리고, 나선형 전류 흐름에 의해 상기 코일부(40)의 내부 중공을 따라 프로브(10)의 축방향으로 자극이 배열된 구동자계가 형성될 수 있다. A driving magnetic field in which magnetic poles are arranged in the axial direction of the
여기서, 상기 코일부(40)에는 기설정된 주기로 음극과 양극이 변화하는 교류 전류가 인가되며, 전류의 흐름 방향 전환에 따라 구동자계의 자극 방향이 주기적으로 반전될 수 있다. Here, AC currents varying between the cathode and the anode are applied to the
그리고, 상기 프로브(10)는 자왜소재로 구비된다. 여기서, 상기 자왜소재라는 말은 외부자계에 노출시 자계의 자극방향으로 내부 자구가 이동되어 신장 또는 축소되는 성질을 갖는 물질을 포괄하는 의미로 이해함이 바람직하다. The
예를 들어, 상기 자왜소재는 강자성 물질로 철, 니켈, 코발트, 스테인레스 스틸 및 그 합금 등의 물질로 구성된 페라이트(ferrite)로 구비될 수 있으며, 그 중에서도 42%의 니켈, 5%의 크롬, 2.5%의 티타늄을 함유하되 잔부가 철로 구성된 니켈-철 합금으로 구비됨이 더욱 바람직하다. For example, the magnetostrictive material may be a ferromagnetic material composed of ferrite composed of a material such as iron, nickel, cobalt, stainless steel, or an alloy thereof. Among them, 42% nickel, 5% chromium, 2.5 % Of titanium, and the remainder being iron-based nickel-iron alloy.
이때, 상기 구동자계는 상기 프로브(10)의 축방향으로 N극 및 S극이 배열되며, 상기 프로브(10)는 상기 구동자계의 자극 방향을 따라 신장 또는 수축 변형될 수 있다. At this time, the driving magnetic field is arranged in the axial direction of the
그리고, 상기 구동자계의 자극 방향이 주기적으로 반전됨에 따라 상기 프로브(10)가 신장 및 수축을 반복하며 자왜 진동될 수 있다. As the magnetic pole direction of the driving magnetic field is periodically reversed, the
상세히, 상기 자왜소재의 결정입자는 다수의 자구(magnetic domain)로 구성된 다자구 구조로, 외부자계에 노출시 각 자구가 외부자계의 자극방향으로 정렬되며 단일 자구로 병탄됨에 따라 결정입자의 자극방향 치수가 증가하게 된다. Specifically, the crystal grains of the magnetostrictive material have a multi-domain structure composed of a plurality of magnetic domains. When the magnetic grains are exposed to an external magnetic field, each magnetic domain aligns in the magnetic pole direction of the external magnetic field, The dimension is increased.
이때, 외부자계의 자극방향이 반전되면, 단일자구로 병탄된 각각의 자구가 분리되며 자극방향의 치수가 감소된 후 각 자구가 변화된 외부자계의 방향으로 재정렬 및 재병탄되어 결정입자의 자극방향의 치수가 다시 증가될 수 있다. In this case, when the magnetic field direction of the external magnetic field is reversed, each of the magnetic domains bulged by a single magnetic domain is separated and after the dimension of the magnetic pole direction is reduced, each magnetic domain is rearranged and re-fired in the direction of the changed external magnetic field, The dimensions can be increased again.
한편, 상기 마그넷부(50)는 상기 코일부(40) 및 상기 프로브(10)의 외주를 부분적으로 감싸도록 외주 일측이 개방된 'C'자형 튜브로 구비되며, 내주측과 외주측에 각각 N-S극이 착자된 영구자석 또는 전자석으로 구비될 수 있다. The
즉, 상기 마그넷부(50)는 상기 코일부(40)의 외부에서 상기 구동자계와 직교하는 자극 방향을 갖는 바이어스자계를 형성할 수 있다. 이때, 상기 구동자계는 바이어스자계의 자기장에 의해 반경방향 내측으로 가압되며, 프로브(10)의 축방향으로 직선화된 자기력선을 가질 수 있다. That is, the
이에 따라, 상기 구동자계의 자극 방향과 프로브(10)의 축방향이 정렬되어 프로브(10)의 신축 변위량 및 자왜 진동시 진폭량이 증가될 수 있으며, 증가된 진폭을 통해 진동 주파수가 정확하게 검출될 수 있다. Accordingly, the magnetic pole direction of the driving magnetic field and the axial direction of the
한편, 상기 탄성부재(70)는 상기 프로브(10)의 하단부를 탄발 지지하며, 상기 프로브(10)의 축방향으로 탄성 변형되는 코일 스프링 등으로 구비됨이 바람직하다. The
이때, 상기 탄성부재(70)는 상기 프로브(10)의 진동 주파수 조절을 위해 기설정된 탄성계수를 갖도록 구비됨이 바람직하다. 즉, 탄성부재(70)의 탄성계수를 통해 상기 프로브(10)의 진동 주파수가 조절될 수 있다. In this case, the
상세히, 상기 프로브(10)가 구동자계에 의해 축방향으로 신축되어 자왜 진동되면, 상기 프로브(10)의 진동이 상기 탄성부재(70)에 전달된다. 이때, 상기 탄성부재(70)는 탄성계수에 따른 고유의 진동 주파수로 진동되며, 상쇄 또는 증폭을 통해 상기 프로브(10)의 진동 주파수를 증감시킬 수 있다. In detail, when the
이에 따라, 상기 코일부(40)의 권선횟수, 길이, 두께 또는 교류 전류의 주파수, 크기 등을 통한 구동자계의 크기나 주기 조절, 프로브(10)의 단면적과 길이, 중량 등을 교체하는 복잡한 설계변경 없이, 탄성부재(70)의 탄성계수를 선택하여 프로브(10)의 하단부를 탄발 지지하도록 배치하는 것만으로 자왜 진동에 따른 진동 주파수가 용이하게 조절될 수 있다. Accordingly, it is possible to control the magnitude and period of the driving magnetic field through the number of turns, length, thickness, or alternating current of the
즉, 상기 구동자계의 크기나 주기, 프로브(10)의 규격이 동일한 상태에서도 자왜 진동 주파수가 40kHz ~ 40Hz와 같이 넓은 범위로 조절될 수 있으며, 상기 유사 결빙환경(a)의 다양한 기상조건에 적합한 초기 진동 주파수가 용이하게 설정될 수 있으므로 제품의 호환성이 증가될 수 있다. That is, the magnetostrictive vibration frequency can be adjusted to a wide range of 40 kHz to 40 Hz even in a state where the magnitude, the period, and the standard of the
한편, 도 4 내지 도 5를 참조하면, 상기 오실레이터(31)는 상기 프로브(10)의 진동 주파수를 실시간 감지하고, 상기 연산제어부(32)는 상기 오실레이터(31)에 의해 감지된 진동 주파수가 기설정된 결빙기준 주파수 이하로 감소되면 결빙상태에 대응되는 모니터링신호를 송출한다. 4 to 5, the
이때, 상기 연산제어부(32)는 마이크로 컨트롤러 등으로 구비되며, 상기 오실레이터(31)를 통해 감지된 진동 주파수를 기설정된 결빙기준 주파수와 비교하는 일련한 처리 과정을 수행할 수 있다. At this time, the
상세히, 상기 프로브(10)가 일정한 초기 진동 주파수로 자왜 진동되는 상태에서, 상기 프로브(10)의 상부 외주에 결빙이 발생되면, 결빙의 중량으로 인해 프로브(10)의 진동 주파수가 감소되며, 결빙이 성장할수록 프로브(10)의 진동 주파수 감소폭도 증가하게 된다. In detail, when the
이때, 상기 연산제어부(32)는 초기 상태(미결빙)에서 프로브(10)의 진동 주파수와 결빙상태에서 프로브(10)의 진동 주파수를 상호 비교하여 상기 프로브(10)의 결빙상태를 판별할 수 있다. At this time, the arithmetic and
즉, 상기 대상환경(b)의 기상조건으로 인해 결빙감지대상부에 결빙이 발생된 경우, 대상환경(b)과 유사한 기상조건의 유사 결빙환경(a)에 노출된 프로브(10)에도 결빙이 발생되므로 상기 프로브(10)의 결빙상태를 통해 결빙감지대상부의 결빙상태가 간접적으로 감지될 수 있다. That is, when freezing occurs in the freezing target portion due to the weather condition of the target environment (b), the freezing of the
이처럼, 종래에 결빙감지를 위한 센서장치가 결빙감지대상부에 직접 설치되는 것과 달리, 대상환경(b)과 인접한 유사 결빙환경(a)에 배치된 프로브(10)의 진동 주파수 변화를 통해 대상환경(b)의 기상조건에 따른 블레이드(1)의 결빙 발생여부 및 성장상태를 간접적으로 감지할 수 있다. As described above, in the related art, the sensor device for detecting ice is installed directly on the object to be frozen, and the vibration frequency of the
이에 따라, 블레이드(1)의 회전 운동에 대한 영향이 최소화되어 결빙감지대상부의 성능 저하가 예방되며, 회전 등 직접적인 운동이 없는 유사 결빙환경에서 결빙감지대상부의 결빙 발생여부 및 성장상태가 안정적으로 모니터링될 수 있으므로 제품의 설치편의성 및 내구성이 개선될 수 있다. Accordingly, the influence of the rotation of the
여기서, 상기 프로브(10)의 진동 주파수 변화량 및 상기 프로브(10)의 결빙량(결빙 성장상태) 간의 상관관계는 실험적으로 도출될 수 있으며, 도출된 상관관계에 대한 데이터베이스가 테이블화되어 저장부(34)에 저장될 수 있다. Here, the correlation between the variation of the vibration frequency of the
이때, 상기 결빙기준 주파수는 상기 상관관계를 기반으로 기설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 결빙기준 주파수는 도출된 상관관계에 대한 데이터베이스로부터 프로브(10)의 결빙이 발생된 시점의 진동 주파수로 설정될 수 있으며, 발생된 결빙이 결빙감지대상부의 성능 저하를 유발할 수 있는 정도로 성장된 시점의 진동 주파수로 설정되는 것도 가능하다. At this time, the freezing reference frequency may be preset based on the correlation. For example, the freezing reference frequency may be set to a vibration frequency at a point of time when freezing of the
그리고, 상기 연산제어부(32)는 오실레이터(31)를 통해 감지된 진동 주파수가 상기 결빙기준 주파수 이하로 감소되면, 결빙발생에 대응되는 모니터링신호를 상기 관리서버(미도시)로 송출할 수 있다. The
물론, 상기 결빙기준 주파수는 결빙성장률에 따라 다단계로 설정되는 것도 가능하며, 상기 연산제어부(32)는 감지된 진동 주파수가 각 단계에 대응되는 결빙기준 주파수로 감소되면 단계별 결빙성장률을 나타내는 모니터링신호를 관리서버로 송출할 수 있다. Of course, the freezing reference frequency may be set in multiple stages according to the freezing growth rate. When the detected vibration frequency is reduced to the freezing reference frequency corresponding to each step, the
이때, 상기 관리서버(미도시)는 상기 수신된 모니터링신호에 따라 상기 결빙감지대상부의 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 알림메시지를 생성하여 관리자측 표시장치(미도시)로 표시하고, 결빙감지대상부의 발생된 결빙을 제거하는 일련의 유지보수작업이 수행될 수 있다. 이에 따라, 결빙으로 인한 결빙감지대상부의 내구성 및 성능 저하 등이 최소화될 수 있다. At this time, the management server (not shown) generates a notification message on whether or not the freezing object is in the freezing state and the growth state according to the received monitoring signal, displays the notification message on the display unit (not shown) A series of maintenance work for removing negative generated freezing can be performed. Accordingly, the durability and performance degradation of the object to be frozen detection due to freezing can be minimized.
한편, 상기 가열부(60a)는 상기 송출된 모니터링신호에 따라 상기 프로브(10)를 가열한다. On the other hand, the
여기서, 상기 가열부(60a)는 니켈 합금 등의 열선부재로 구비될 수 있으며, 하단부가 상기 전원부(33)에 연결되고, 상기 전원부(33)는 상기 연산제어부(32)의 모니터링신호에 따라 상기 가열부(60a)의 전원 공급을 제어할 수 있다. The
즉, 상기 프로브(10)에 결빙이 발생되거나 발생된 결빙이 기준치 이상으로 성장되어 상기 프로브(10)의 진동 주파수가 감소되면, 상기 연산제어부(32)는 그에 따른 모니터링신호를 송출한다. That is, when the freezing of the
이때, 상기 가열부(60a)는 기형성된 결빙의 제거를 통해 상기 프로브(10)의 진동 주파수가 초기화되도록 모니터링신호에 따라 제어되어 구동될 수 있다. At this time, the
상세히, 상기 가열부(60a)의 상단부에는 상기 프로브(10)의 외주를 감싸도록 배치되는 발열관부(61)가 구비됨이 바람직하다. In detail, the
여기서, 상기 발열관부(61)는 상기 프로브(10)의 외경을 초과하는 내경을 갖는 링형 또는 원호형으로 구비되어, 프로브관통홀(21) 하단 테두리 및 상기 코일부(40) 상단 테두리 사이에 배치될 수 있다. The
이때, 상기 방열관부(61)의 내주부는 상기 프로브(10)의 외주로부터 기설정된 간격으로 이격된 상태에서, 상기 프로브(10)의 외주 전체 또는 대부분을 감싸도록 배치된다. The inner circumferential portion of the heat dissipating
그리고, 상기 발열관부(61)의 열은 복사를 통해 상기 프로브(10)로 전달되며, 상기 프로브(10)는 상기 가열부(60a)와 직접적인 접촉 없이 가열되어 표면에 형성된 결빙이 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 프로브(10)의 진동 주파수에 대한 왜곡이 방지될 수 있다. The heat of the
여기서, 상기 가열부(60a)는 기설정된 가열시간에 따라 구동된 후 정지되도록 제어될 수 있으며, 상기 프로브(10)의 온도를 감지하는 온도센서(미도시)가 구비된 경우에는 상기 프로브(10)가 기설정된 온도로 상승되면 정지되도록 제어되는 것도 가능하며, 본 실시예에서는 프로브(10)의 진동 주파수에 의해 가열부(60a)가 정지되도록 제어되는 것을 예로써 설명한다. Here, the
이때, 상기 가열부(60a)는 상기 프로브(10)의 진동 주파수가 기설정된 정상상태 주파수 이상으로 상승되면 구동이 정지되도록 제어될 수 있다. At this time, the
여기서, 상기 정상상태 주파수는 상기 프로브(10)의 초기 진동 주파수를 의미하는 것으로 이해함이 바람직하며, 결빙 제거시 발생된 수분으로 인한 진동 주파수 감소량을 고려하여 초기 진동 주파수로부터 소정의 편차로 감소된 값으로 설정됨이 더욱 바람직하다. Here, it is preferable that the steady state frequency means an initial vibration frequency of the
즉, 상기 연산제어부(32)는 상기 오실레이터(31)를 통해 감지된 진동 주파수를 상기 정상상태 주파수와 비교하되, 상기 진동 주파수가 상기 정상상태 주파수 이상으로 증가되면 정상상태에 대응되는 모니터링신호를 송출할 수 있다. That is, the
이때, 상기 전원부(33)는 정상상태에 대응되는 모니터링신호에 따라 상기 가열부(60a)의 전원 공급을 차단할 수 있다. At this time, the
이에 따라, 온도센서, 타이머 등의 별도의 제어수단 없이도 프로브(10)의 결빙이 완전하게 제거될 수 있도록 가열부(60a)가 정확하게 제어될 수 있으며, 간소화된 구조로 제품의 생산성이 향상되면서도 프로브(10)의 안정적인 초기화가 가능하여 결빙상태에 대한 감지 정확성이 개선될 수 있다. Accordingly, the
한편, 상기 기류유도프레임(80)은 상기 프로브(10)의 상부 외주를 감싸도록 상기 스트럿몸체(20)의 상면부에 구비되어 상기 유사 결빙환경(a)의 기류를 상기 대상환경(b)의 기류에 대응되도록 유도한다. The
이때, 상기 기류유도프레임(80)은 상기 프로브(10)의 외주를 따라 기류가 유동 가능한 통기성 벽체를 형성하며, 상기 유사 결빙환경(a)의 기류는 상기 기류유도프레임(80)을 거쳐 상기 프로브(10)의 외주로 유동될 수 있다. At this time, the
상세히, 상기 기류유도프레임(80)은 상기 프로브(10)의 상부 외경을 초과하는 내경의 나선형 코일관부재로 구비됨이 바람직하다. In detail, the
즉, 상기 기류유도프레임(80)은 소정의 두께를 갖는 코일이 나선형으로 권취되어 형성되되, 나선형으로 권취된 부분의 중공부측 내경이 상기 프로브(10)의 상부 외주측 외경을 초과하도록 구비된다. That is, the
여기서, 상기 기류유도프레임(80)은 나선형으로 권취된 코일의 형상이 안정적으로 유지되도록, 스트럿몸체(20)의 상면부에 구비된 복수의 지지대에 결합되어 고정될 수 있다. Here, the
이때, 상기 코일은 금속 또는 엔지니어링 플라스틱 등으로 상기 유사 결빙환경(a)의 기류에 의해 형상이 변형되지 않도록 일정 이상의 강도를 갖는 재질이면 한정되지 않고 적용 가능하다. At this time, the coil is not limited as long as it is a material having a certain strength or more so as not to be deformed by the air flow of the similar freezing environment (a) by metal or engineering plastic.
고공의 대상환경(b)에서 블레이드(1)로 유입되는 기류는 층류(laminar flow)를 형성하며 블레이드(1)를 회전시킨다. 이때, 블레이드(1)가 회전되면, 블레이드(1)의 후방으로 배출되는 기류가 난류(turbulent flow)를 형성하게 되므로 유사 결빙환경(a)에 난류형 기류가 유동된다. The airflow flowing into the
여기서, 상기 유사 결빙환경(a)의 기류는 기류유도프레임(80)을 형성하는 코일과 충돌하며 코일과 코일 사이의 공간을 따라 상하로 분할 유동되되 코일과 상기 프로브(10) 외주 사이의 원호형 공간을 따라 좌우로 분할 유동되어 층류와 가까운 흐름으로 변화된다. Here, the airflow of the pseudo freezing environment (a) collides with the coil forming the
이에 따라, 상기 프로브(10)의 표면으로 유동되는 유사 결빙환경(a)의 기류가 대상환경(b)의 층류 흐름과 유사한 형태로 전환되어, 프로브(10)가 결빙감지대상부와 유사한 기상조건에 노출될 수 있으므로 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 감지 정확성이 현저히 개선될 수 있다. Thus, the airflow of the pseudo-icing environment (a) flowing to the surface of the
이때, 상기 기류유도프레임(80)은 상부 및 하부 내경이 동일한 원통형 나선의 코일관부재로 구비되는 것도 가능하며, 도 6a 또는 도 6b와 같이, 상하방향 중 하나의 방향으로 갈수록 내경이 협소화되는 나선형의 코일관부재(80a,80b)로 구비되는 것도 가능하다. In this case, the
즉, 도 6a와 같이, 상측으로 갈수록 내경이 협소화되는 원뿔형 나선 코일관부재(80a)로 구비될 수 있으며, 도 6b와 같이, 하측으로 갈수록 내경이 협소화되는 뒤집어진 원뿔형 나선 코일관부재(80b)로 구비되는 것도 가능하다. 이때, 각각의 최소 내경부는 상기 프로브(10)의 상부 외경을 초과하도록 구비됨이 바람직하다. As shown in FIG. 6A, the coil
이에 따라, 코일과 프로브(10) 외주 사이의 공간으로 유입된 기류가 상부 또는 하부로 갈수록 협소화되는 공간을 따라 압축되어 더욱 빠르게 유동될 수 있으며, 가속된 기류(f)가 프로브(10)의 표면의 온도를 신속하게 하강시킬 수 있다. Accordingly, the airflow introduced into the space between the coil and the outer circumference of the
즉, 상기 대상환경(b)이 상기 결빙감지대상부에 결빙이 발생 또는 성장 가능한 기상조건인 경우에, 유사 결빙환경(a)에 노출된 프로브(10)에 대한 결빙 발생 또는 성장이 가속화될 수 있으므로 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 감지 민감도가 개선될 수 있다. That is, in the case where the target environment (b) is a meteorological condition in which freezing occurs or can be grown in the freezing target portion, the occurrence or growth of freezing of the probe (10) exposed in the similar freezing environment Therefore, the detection sensitivity for the occurrence of ice and the growth state can be improved.
한편, 도 7a 또는 도 7b와 같이, 상기 프로브(10)의 외주에는 상기 유사 결빙환경(a)에 대한 노출면적이 증가되도록 진동 방향을 따라 하나 이상의 요철부(11,11a)가 구비될 수 있다. On the other hand, as shown in FIG. 7A or FIG. 7B, one or more concave and
이때, 상기 요철부(11,11a)는 도 7a와 같이 상기 프로브(10)의 외주에 축방향을 따라 돌출 형성된 돌기로 구비될 수 있으며, 도 7b와 같이 축방향을 따라 함몰 형성된 홈으로 구비될 수 있다. 7A, the
그리고, 상기 요철부(11,11a)는 상기 프로브(10)의 외주에 원주방향을 따라 상호 이격된 복수로 구비될 수 있다. The concave and
여기서, 상기 요철부(11,11a)는 상기 프로브(10)의 진동방향에 대응되는 축방향을 따라 형성되므로, 상기 프로브(10)의 진동에 영향을 미치지 않으면서도, 상기 유사 결빙환경(a)에 대한 민감도를 증가시키는 효과를 제공할 수 있다. Since the concave and
즉, 상기 요철부로 인해 유사 결빙환경(a)에 직접적으로 노출 및 접촉되는 면적이 증가되므로 상기 프로브(10)의 표면의 온도, 습도 조건이 유사 결빙환경(a)의 기상조건과 유사하게 유지될 수 있다. That is, since the area exposed and contacted directly with the similar freezing environment (a) due to the irregularities increases, the temperature and humidity conditions of the surface of the
이에 따라, 상기 결빙감지대상부에 결빙이 발생 또는 성장 가능한 기상조건에서, 유사 결빙환경(a)에 노출된 프로브(10)에 대한 결빙 발생 또는 성장이 촉진될 수 있으며 결빙발생 및 상태에 대한 감지 정확도가 향상될 수 있다. Accordingly, the occurrence or growth of freezing of the
한편, 상기 스트럿몸체(20)의 내벽면에는 보조가열부(60b)가 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 보조가열부(60b)는 상기 가열부(60a)와 동일하게 니켈 합금 등의 열선으로 구비될 수 있으며, 상기 기류유도프레임(80)의 하단을 따라 상기 스트럿몸체(20)의 내벽면에 매립됨이 바람직하다. On the other hand, it is preferable that an
여기서, 상기 보조가열부(60b)는 상기 스트럿몸체(20)의 내벽면에 대응되는 링형 또는 원호형 벽체를 형성하도록 배열되되, 하단부가 상기 전원부(33)에 연결되어 상기 가열부(60a)와 동시에 제어될 수 있다. The
즉, 상기 프로브(10)에 결빙이 발생되면 상기 연산제어부(32)를 통해 결빙상태에 대응되는 모니터링신호가 송출되고, 상기 전원부(33)는 상기 송출된 모니터링신호를 통해 상기 보조가열부(60b) 및 상기 가열부(60a)의 전원을 공급할 수 있다. That is, when a freezing occurs in the
이때, 상기 보조가열부(60b)가 가열되면, 상기 보조가열부(60b)의 열은 상기 스트럿몸체(20)를 거쳐 상기 기류유도프레임(80)으로 전도될 수 있으며, 상기 스트럿몸체(20) 및 상기 기류유도프레임(80)에 형성된 결빙이 제거될 수 있다. At this time, when the
이와 함께, 상기 스트럿몸체(20) 및 상기 기류유도프레임(80)의 열이 프로브(10)의 상부 외주측 유사 결빙환경(a)의 온도를 증가시켜 프로브(10)의 결빙이 보다 신속하게 제거될 수 있다. At the same time, the heat of the
한편, 상기 코일부(40)는 상기 프로브(10)의 진동방향을 따라 상하로 구획되어 배치되되 상호 반대되는 나선방향으로 권취된 드라이브코일부(40a) 및 피드백코일부(40b)를 포함함이 바람직하다. The
상세히, 상기 코일부(40)는 상기 장착공간(s)에 배치된 프로브(10)의 하부 외주를 감싸도록 구비되되, 상기 드라이브코일부(40a)는 상기 프로브(10)의 하부 외주 중 상부측을 감싸도록 배치되며, 상기 피드백코일부(40b)는 상기 프로브(10)의 하부 외주 중 하부측을 감싸도록 배치될 수 있다. More specifically, the
그리고, 상기 드라이브코일부(40a)는 상기 프로브(10)의 축방향을 따라 원주방향으로 권취되며 상향하는 나선형태로 구비될 수 있으며, 상기 피드백코일부(40b)는 상기 프로브(10)의 축방향을 따라 원주방향으로 권취되며 하향하는 나선형태로 구비될 수 있다. The
이때, 상기 드라이브코일부(40a) 및 상기 피드백코일부(40b)는 상호 독립된 인입선과 인출선을 통해 상기 전원부(33)와 연결되며, 상기 인입선 및 인출선 중 하나에는 상기 연산제어부(32)에 의해 제어되는 스위칭수단이 구비됨이 바람직하다. At this time, the
여기서, 상기 각 코일부(40a,40b)에 전류가 인가되면, 상기 드라이브코일부(40a) 및 상기 피드백코일부(40b)를 통해 상기 프로브(10)의 하부 외주를 따라 상호 반대되는 방향의 나선형 전류 흐름(e1,e2)이 형성될 수 있다. When a current is applied to each of the
그리고, 각 나선형 전류 흐름(e1,e2)의 중앙부를 따라 상기 프로브(10)의 축방향을 따라 N극 및 S극이 배열되되 상호 반대되는 자극 방향을 갖는 한쌍의 구동자계(m1,m2)가 형성될 수 있다. A pair of driving magnetic fields m1 and m2 having N pole and S pole arranged along the axial direction of the
이때, 상기 프로브(10)의 하부 외주 중 상부측은 상기 드라이브코일부(40a)의 구동자계(m1)에 의해 신축되고, 상기 프로브(10)의 하부 외주 중 하부측은 상기 피드백코일부(40b)의 구동자계(m2)에 의해 신축될 수 있다. The upper side of the lower outer periphery of the
이에 따라, 반대되는 자극방향을 갖는 한쌍의 구동자계(m1,m2)에 의해 프로브(10) 하부 외주의 상부측 및 하부측이 동시에 신축될 수 있으므로 프로브(10)의 전체적인 신축 변위가 증가될 수 있다. The upper and lower sides of the outer periphery of the lower portion of the
이때, 상기 전원부(33)는 상기 드라이브코일부(40a) 및 상기 피드백코일부(40b)에 기설정된 주기의 교류 전류를 인가하되, 상기 피드백코일부(40b)는 상기 오실레이터(31)의 회로 일부를 형성함이 바람직하다. At this time, the
즉, 상기 피드백코일부(40b)의 인입선 또는 인출선은 상기 오실레이터(31)를 경유하여 상기 전원부(33)와 연결될 수 있으며, 피드백코일부(40b)의 전압을 통해 상기 오실레이터(31)가 제어될 수 있으므로 보다 효율적인 회로 구성이 가능하다. That is, the lead-in wire or the lead-out wire of the feedback coil section 40b can be connected to the
물론, 상기 피드백코일부(40b)의 인입선에는 상기 교류 전류의 주기를 파장의 절반값으로 지연시키는 지연회로가 연결되는 것도 가능하며, 각 코일부(40a,40b)에 의해 형성된 자계가 동일한 자극 방향으로 배열되어 상호 증폭됨에 따라 프로브(10)의 신축 변위를 증가시킬 수 있다. Of course, a delay circuit that delays the period of the alternating current by half the wavelength may be connected to the lead line of the feedback coil portion 40b. The magnetic field formed by the
한편, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제2실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 측면도이다. 본 실시예에서는 기류유도프레임(180a,180b)를 제외한 기본적인 구성이 상술한 제1실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면번호로 도시한다. 8A and 8B are side views illustrating an ice detection apparatus for an offshore plant according to a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the basic configuration except for the
도 8a 및 도 8b에서 보는 바와 같이, 상기 기류유도프레임(180a,180b)은 격자형 매쉬구조의 측벽을 갖되 상기 프로브(10)의 상부 외경을 초과하는 내경의 관부재로 구비됨이 바람직하다. As shown in FIGS. 8A and 8B, it is preferable that the
이때, 상기 기류유도프레임(180a,180b)은 소정의 두께를 갖는 코일이 원통형으로 직조되어 형성된 관부재로 구비되며, 위사와 경사를 형성하는 코일 사이가 소정의 간격으로 이격되어 측벽부를 따라 복수의 타공부(181,182)가 형성된다. At this time, the
여기서, 상기 타공부(181,182)는 코일의 직조 방향에 따라 도 7a와 같은 장방형으로 구비되는 것도 가능하며, 도 7b와 같은 마름모형으로 구비되는 것도 가능하다. Here, the
그리고, 상기 코일은 금속 또는 엔지니어링 플라스틱 등으로 상기 유사 결빙환경의 기류에 의해 형상이 변형되지 않도록 일정 이상의 강도를 갖는 재질이면 한정되지 않고 적용 가능하다. The coil is not limited as long as it is made of metal, engineering plastic, or the like and has a strength higher than a certain level so that the shape of the coil is not deformed by the airflow of the similar freezing environment.
이때, 상기 유사 결빙환경을 따라 유동되는 기류(f)는 복수의 타공부(181,182)를 따라 상하, 좌우로 다분할되어 기류유도프레임(180a,180b)과 프로브(10) 외주 사이의 원호형 공간으로 유입될 수 있다. At this time, the airflow f flowing along the pseudo-freezing environment is divided vertically and horizontally along the plurality of
이에 따라, 상기 기류유도프레임(180a,180b)과 상기 프로브(10)의 표면 사이를 따라 유동되는 기류가 대상환경과 유사한 층류형 흐름을 안정적으로 유지할 수 있으며, 프로브(10)가 결빙감지대상부와 더욱 유사한 기상조건에 노출될 수 있어 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 감지 정확성이 현저히 개선될 수 있다. Accordingly, it is possible to stably maintain the flow of airflows flowing between the
한편, 도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 측면도이다. 본 실시예에서는 기류유도프레임(280)를 제외한 기본적인 구성이 상술한 실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면번호로 도시한다. FIG. 9 is a side view illustrating an ice detection apparatus for a marine plant according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the basic configuration except for the
도 9에서 보는 바와 같이, 상기 기류유도프레임(280)은 복수의 링부재(281)가 상하방향으로 상호 이격되도록 다단 연결되어 구비됨이 바람직하다. As shown in FIG. 9, the
이때, 상기 링부재(281)는 반경방향으로 소정의 폭을 갖되 중앙부에 상기 프로브(10)의 상부 외경을 초과하는 홀이 형성된 디스크 형상으로 상면부 및 하면부가 평탄하게 구비된다. At this time, the
그리고, 복수의 링부재(281)는 상면부 및 하면부가 인접한 다른 하나에 대해 평행하도록 상하 방향으로 다단 배치됨에 따라 하나의 기류유도프레임(280)을 형성하며, 스트럿몸체(20)의 상면부에 구비된 복수의 지지대에 결합되어 고정 및 지지될 수 있다. The plurality of
이때, 상기 유사 결빙환경을 따라 유동되는 기류(f)는 상기 링부재(281) 사이의 공간을 따라 상하로 분할되되, 링부재(281)의 평탄한 표면을 따라 직진화되어 상기 기류유도프레임(280)과 프로브(10)의 외주 사이 공간으로 유입될 수 있다. At this time, the airflow f flowing along the pseudo icing environment is divided into upper and lower parts along the space between the
이에 따라, 상기 기류유도프레임(280)과 상기 프로브(10)의 표면 사이로 유입된 기류가 대상환경과 유사한 층류형 흐름을 가지면서도 빠른 유속으로 유동될 수 있으며, 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 감지 정확성 및 민감도가 개선될 수 있다. Accordingly, the airflow introduced between the
한편, 도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 측면도이다. 본 실시예에서는 기류유도프레임(380)를 제외한 기본적인 구성이 상술한 실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면번호로 도시한다. FIG. 10 is a side view of an ice detection apparatus for a marine plant according to a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the basic configuration except for the
도 10에서 보는 바와 같이, 상기 기류유도프레임(380)은 복수의 수직바부재(381)가 원주방향으로 상호 이격되도록 다단 연결되어 구비됨이 바람직하다. As shown in FIG. 10, it is preferable that the
이때, 상기 수직바부재(381)는 소정의 너비를 갖는 장방형으로 구비되되, 상기 프로브(10)의 상부 외주로부터 소정의 간격으로 반경방향 외측으로 이격된 부분을 따라 원주방향으로 다단 배치되어 하나의 기류유도프레임(380)을 형성하며, 각각의 상단부가 링형 지지대에 의해 고정되어 지지될 수 있다. At this time, the
그리고, 상기 각 수직바부재(381)는 너비방향이 상기 프로브(10)의 반경방향과 정렬되도록 방사상으로 배치되며, 하나의 수직바부재(381) 및 그에 인접한 수직바부재 사이에 프로브(10)의 외주측으로 갈수록 좁아지는 부채꼴 단면의 공간이 형성된다. The
이때, 상기 유사 결빙환경을 따라 유동되는 기류(f)는 상기 수직바부재(381) 사이의 공간을 따라 좌우로 분할되되, 프로브(10)의 외주측으로 갈수록 좁아지는 공간을 따라 압축되어 상기 기류유도프레임(380)과 프로브(10) 외주 사이의 공간으로 유입될 수 있다. At this time, the airflow f flowing along the pseudo-freezing environment is divided along the space between the
이에 따라, 상기 기류유도프레임(380)과 상기 프로브(10)의 표면 사이로 유입된 기류가 수직 방향의 층류형 흐름을 형성할 수 있으며, 대상환경의 기류가 회전 중의 블레이드에 높은 압력으로 충돌되는 기상조건이 모사될 수 있어 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 감지 정확성이 개선될 수 있다. Accordingly, the airflow introduced between the
물론, 상기 기류유도프레임은 상술된 각 실시예에 도시된 구조 외에도 결빙감지대상부가 배치된 대상환경의 기류 조건에 따라 다양하게 변형 실시될 수 있다. Of course, the airflow guiding frame may be variously modified in accordance with the airflow conditions of the target environment in which the ice detection target portion is disposed in addition to the structure shown in each of the above embodiments.
한편, 도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 해양플랜트용 결빙감지장치를 나타낸 측면도이다. 본 실시예에서는 프로브(210)의 흡착슬리브(212), 스트럿몸체(220)의 가속곡면부(222), 프로브(210) 및 스트럿몸체(220)의 설치방향을 제외한 기본적인 구성은 상술한 일실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다. FIG. 11 is a side view illustrating an ice detection apparatus for a marine plant according to a fifth embodiment of the present invention. The basic configuration except for the installation direction of the
또한, 본 실시예에서 개시된 프로브(210)의 흡착슬리브(212), 스트럿몸체(220)의 가속곡면부(222), 프로브(210) 및 스트럿몸체(220)의 설치방향 등은 상술된 실시예에 호환 적용될 수 있다. The mounting direction of the
도 11에서 보는 바와 같이, 상기 스트럿몸체(220)의 상면부에는 상기 유사 결빙환경의 기류(f)가 가속되도록 상측으로 라운드지게 돌출 형성된 가속곡면부(222)가 구비됨이 바람직하다. As shown in FIG. 11, the upper surface of the
여기서, 상기 가속곡면부(222)는 기류(f)가 유입되는 방향으로 갈수록 곡률이 증가되도록 구비됨이 바람직하다. 상세히, 곡률은 반지름의 역수를 의미하며, 곡률이 클수록 굽어진 정도가 크고 곡률이 낮을수록 평탄한 것으로 이해함이 바람직하다. 즉, 상기 가속곡면부(222)는 기류(f)가 유입되는 표면측이 기류(f)가 배출되는 표면보다 더 굽어진 형상으로 구비된다. Here, the acceleration curved
이때, 상기 스트럿몸체(220)의 일측으로 유입된 기류(f)는 상기 가속곡면부(222)의 표면 프로파일을 따라 가속되어 상기 프로브(210)의 표면으로 유동될 수 있으며, 상기 유사 결빙환경의 가속된 기류(f)가 상기 프로브(210)의 표면 온도를 신속하게 감소시킬 수 있다. At this time, the airflow f flowing into one side of the
이에 따라, 상기 대상환경이 상기 결빙감지대상부에 결빙이 발생 또는 성장 가능한 기상조건으로 전환되면, 유사 결빙환경에 노출된 프로브(210)에 대한 결빙 발생 또는 성장이 촉진될 수 있으므로 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 감지 민감도가 향상될 수 있다.Accordingly, if the target environment is switched to a weather condition capable of causing or growing ice, the occurrence or growth of ice in the
이때, 상기 스트럿몸체(220) 및 상기 프로브(210)는 상기 유사 결빙환경의 기류(f) 방향을 따라 기설정된 각도(θ)로 경사지게 설치됨이 바람직하다. 여기서, 상기 스트럿몸체(220) 및 상기 프로브(210)의 설치 각도(θ)는 0~30°범위로 설정될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. At this time, the
이에 따라, 상기 스트럿몸체(220) 및 상기 프로브(210)의 표면을 따라 유동되는 기류(f)가 더욱 가속될 수 있으며, 결빙 발생여부 및 성장상태에 대한 감지 민감도가 현저히 증가될 수 있다. Accordingly, the air flow f flowing along the surfaces of the
또한, 상기 프로브(210)의 상부 외주에는 섬유직물재질의 흡착슬리브(212)가 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 흡착슬리브(212)는 매쉬 구조로 프로브(210)의 표면에 거칠기, 즉 저온 상태에서 프로브(210)의 표면에 형성된 결빙 입자가 프로브(210)의 표면에 안정적으로 결합될 수 있는 결빙결합면적을 증가시킬 수 있다. In addition, the outer circumference of the upper portion of the
이에 따라, 상기 프로브(210)의 진동시 기형성된 결빙 입자가 분리되는 것을 방지할 수 있으므로 저온 환경에서 프로브(210)의 표면에 대한 결빙 발생 및 성장이 촉진될 수 있으며, 장치의 감지 민감도가 개선될 수 있다. As a result, it is possible to prevent the formed ice particles from being separated upon vibration of the
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구한 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and variations and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. And such modifications are within the scope of the present invention.
100,200: 해양플랜트용 결빙감지장치 10: 프로브
20: 스트럿몸체 30: 하우징
40: 코일부 50: 마그넷부
60a: 가열부 60b: 보조가열부
70: 탄성부재 80: 기류유도프레임100,200: Freezing device for offshore plant 10: Probe
20: strut body 30: housing
40: coil part 50: magnet part
60a:
70: Elastic member 80: Airflow guide frame
Claims (5)
상기 스트럿몸체를 관통하도록 배치되어 상단부가 상기 유사 결빙환경에 노출되되 하단부가 상기 장착공간에 삽입되는 자왜소재의 프로브;
상기 프로브의 하부 외주를 감싸도록 배치되어 자왜 진동을 위한 구동 자계를 형성하는 코일부;
상기 프로브의 진동 주파수 조절을 위해 기설정된 탄성계수를 갖도록 구비되어 상기 프로브의 하단부를 탄발 지지하는 탄성부재;
상기 프로브의 진동 주파수를 실시간 감지하는 오실레이터;
상기 오실레이터에 의해 감지된 진동 주파수가 기설정된 결빙기준 주파수 이하로 감소되면 결빙 상태에 대응되는 모니터링신호를 송출하는 연산제어부;
상기 프로브의 진동 주파수가 초기화되도록 상기 송출된 모니터링신호에 따라 상기 프로브를 가열하는 가열부; 및
상기 프로브의 상부 외주를 감싸도록 상기 스트럿몸체의 상면부에 구비되어 상기 유사 결빙환경의 기류를 상기 대상환경의 기류에 대응되도록 유도하는 기류유도프레임을 포함하는 해양플랜트용 결빙감지장치. A strut body installed in a similar freezing environment adjacent to a target environment in which an ice detection target portion is disposed, wherein a strut body having a mounting space therein;
A probe of a magnetostrictive material arranged to penetrate the strut body and having an upper end exposed to the similar freezing environment and a lower end inserted into the mounting space;
A coil part arranged to surround the outer periphery of the lower part of the probe and forming a driving magnetic field for magnetostrictive vibration;
An elastic member provided to have a predetermined elastic modulus for adjusting a vibration frequency of the probe, and elastically supporting a lower end of the probe;
An oscillator for detecting a vibration frequency of the probe in real time;
An arithmetic and control unit for sending a monitoring signal corresponding to the icing state when the oscillation frequency detected by the oscillator is reduced below a predetermined icing reference frequency;
A heating unit for heating the probe according to the transmitted monitoring signal so that a vibration frequency of the probe is initialized; And
And an airflow guiding frame provided on an upper surface of the strut body so as to surround the outer periphery of the probe, and to guide the airflow of the pseudo freezing environment to correspond to the airflow of the target environment.
상기 프로브의 진동 변위가 증가되도록 상기 코일부의 외주를 따라 배치되어 바이어스자계를 형성하는 마그넷부와,
상기 스트럿몸체의 내면에 설치되어 상기 모니터링신호에 따라 상기 스트럿몸체 및 상기 기류유도프레임을 가열하는 보조가열부를 더 포함하되,
상기 기류유도프레임은 상기 프로브의 상부 외경을 초과하는 내경의 나선형 코일관부재로 구비됨을 특징으로 하는 해양플랜트용 결빙감지장치. The method according to claim 1,
A magnet portion disposed along an outer periphery of the coil portion to form a bias magnetic field so that a vibration displacement of the probe is increased;
And an auxiliary heating unit installed on the inner surface of the strut body for heating the strut body and the airflow induction frame in accordance with the monitoring signal,
Wherein the airflow guiding frame is provided with a helical coin tube member having an inner diameter exceeding the upper outer diameter of the probe.
상기 기류유도프레임은 격자형 매쉬구조의 측벽을 갖되 상기 프로브의 상부 외경을 초과하는 내경의 관부재로 구비됨을 특징으로 하는 해양플랜트용 결빙감지장치. The method according to claim 1,
Wherein the airflow guiding frame is provided with a tubular member having a sidewall of a grid-like mesh structure and an inner diameter exceeding an upper outer diameter of the probe.
상기 기류유도프레임은 복수의 링부재가 상하방향으로 상호 이격되도록 다단 연결되어 구비됨을 특징으로 하는 해양플랜트용 결빙감지장치. The method according to claim 1,
Wherein the airflow guiding frame is provided in multiple stages so that a plurality of ring members are spaced apart from each other in the vertical direction.
상기 기류유도프레임은 복수의 수직바부재가 원주방향으로 상호 이격되도록 다단 연결되어 구비됨을 특징으로 하는 해양플랜트용 결빙감지장치. The method according to claim 1,
Wherein the airflow guiding frame is connected in multiple stages so that a plurality of vertical bar members are spaced apart from each other in the circumferential direction.
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| KR1020170044514A KR101781404B1 (en) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | apparatus for detecting ice-formation of offshore plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020170044514A KR101781404B1 (en) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | apparatus for detecting ice-formation of offshore plant |
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| KR101781404B1 true KR101781404B1 (en) | 2017-09-25 |
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ID=60035184
Family Applications (1)
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| KR1020170044514A KR101781404B1 (en) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | apparatus for detecting ice-formation of offshore plant |
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101964981B1 (en) * | 2019-01-24 | 2019-08-13 | 주식회사 에그 (Egg) | apparatus for detecting ice-formation |
| CN114962185A (en) * | 2022-05-25 | 2022-08-30 | 国家电投集团广西兴安风电有限公司 | Icing sensor with deicing function for monitoring icing of wind power plant |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101501702B1 (en) * | 2015-01-19 | 2015-03-12 | (주)이이에스시스템 | Icing detecting apparatus |
-
2017
- 2017-04-06 KR KR1020170044514A patent/KR101781404B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101501702B1 (en) * | 2015-01-19 | 2015-03-12 | (주)이이에스시스템 | Icing detecting apparatus |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101964981B1 (en) * | 2019-01-24 | 2019-08-13 | 주식회사 에그 (Egg) | apparatus for detecting ice-formation |
| CN114962185A (en) * | 2022-05-25 | 2022-08-30 | 国家电投集团广西兴安风电有限公司 | Icing sensor with deicing function for monitoring icing of wind power plant |
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