KR20160059039A - 음질 평가를 통한 보일러 상태 감시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음질 분석을 통해 보일러 상태를 감시하는 보일러 상태 감시장치를 개시하며, 개시된 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치는, 보일러 내부의 소음으로부터 음질 평가를 진행하여 보일러 상태를 감시하는 음질 평가를 통한 보일러 상태 감시장치로서, 보일러 외벽으로부터 홀을 뚫어 설치되며, 보일러 내부의 소음을 포집하는 음향센서부; 상기 음향센서부에 포집된 음향 신호를 음질 평가에 적합한 디지털 신호로 변환하는 신호변환부; 상기 신호변환부에 의해 디지털 신호로 변환된 소음으로부터 소음의 음질을 평가하는 데이터처리부; 및 상기 보일러 튜브의 파손 유무를 확인할 수 있도록 상기 데이터처리부의 평가 결과를 표시하는 표시부;를 포함한다.

Description

음질 평가를 통한 보일러 상태 감시장치{APPARATUS FOR MONITORING BOILER STATUS THROUGH SOUND QUALITY ASSESSMENT}

본 발명은 보일러 상태 감시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 보일러 내부에서 발생되는 음의 음질 평가를 통해 보일러 상태를 감시하는 보일러 상태 감시장치에 관한 것이다.

보일러는 석유 또는 중유 등의 연소를 통해 물을 가열시켜 증기를 발생시키는 장치로서, 각종 산업에서 여러 가지 형태로 사용되고 있다. 예를 들어, 각종 산업에 원통형 보일러 또는 수관(水管) 보일러 등이 많이 사용되고 있다.

여기서, 도시하지 않았으나, 원통형 보일러는 연소로(燃燒爐)나 연소 가스의 통로가 굵은 원통형의 동체 속에 있고, 그 둘레에 물을 넣어서 이를 가열하는 방식의 것이며, 압력이 비교적 낮다.

수관 보일러는 많은 가느다란 튜브 속을 흐르는 물을 밖으로부터 가열하여 튜브 내에 흐르게 하면서 증기로 바꾸어 가는 방식의 것이며, 높은 압력의 중기를 대량으로 만들 수가 있어서 중 용량 이상의 보일러에 대부분 채택되고 있다.

한편, 수관 보일러의 경우, 증기를 발생시키는 과정에서 높은 압력이 보일러 내부에 설치된 튜브들에 걸리게 되고, 고압의 액체 또는 수증기가 튜브 내부에서 계속 유동 될 뿐만 아니라 고온의 석탄가루가 튜브 외부를 지속적으로 타격함으로 인해 튜브 두께가 얇아지면서 튜브 리크(Leak)가 발생하게 된다. 이러한 튜브 리크는 초기에 조그마한 홀로 시작하지만, 시간이 지남에 따라 리크 부위가 커질 뿐만 아니라, 리크가 발생하면서 유출된 고압의 수증기가 옆에 위치한 튜브를 손상시켜 연쇄적으로 튜브 리크를 발생시킴으로써 결국 보일러의 갑작스러운 정지를 야기하게 된다.

따라서, 보일러 내부의 파손 여부를 미리 감지하여 계획 정비를 할 수 있으면 갑작스러운 보일러 정지에 따른 많은 피해를 줄일 수 있다. 보일러를 운영하는 사람들 입장에서는 보일러 상태의 이상 유무를 미리 알 수 있는 것은 매우 중요하며 이를 위한 많은 노력을 하고 있다.

고온의 보일러 내부에 리크를 감지할 수 있는 센서들을 설치할 수 없는 관계로, 보일러 내벽 바깥 부위에 진동센서를 설치하여 진동으로 보일러 튜브의 리크를 감시하는 것이 지금까지 사용되고 있으며, 보일러 튜브 리크 감시의 대표적인 방법으로 BTLD(Boiler Tube Leakage Detect)가 알려져 있다.

그러나, 이러한 종래의 보일러 상태 감시방법은 보일러 내벽에 상당히 큰 압력이 전달되기 전에는 그 진단이 어렵기 때문에 튜브 손상에 의한 누설 발생시 조기 감지에 한계가 있고, 그래서, 보일러 정지 1~2일 전에야 그 이상 징후를 감지할 수 있거나 감지를 못 하는 경우도 발생한다.

또한, 통상의 보일러에서는 튜브 내벽에 부착되는 탄가루를 제거하기 위해 블로우(blow) 작업을 실시하고 있는데, 이러한 블로우 작업에 의해 발생하는 압력변화 감지내용과 튜브 파손에 의해 발생하는 압력변화 감지내용이 상호 유사하므로, 보일러 튜브 이상 유무를 정확히 판단하기가 어렵다. 이는 보일러 튜브의 이상 유무를 보일러 내벽에 전달되는 압력의 크기로만 판단하기 때문이다.

게다가, 보일러 튜브에 이상이 발생하였을 경우, 현장에 있는 사람들은 이상 음으로 튜브 파손이 일어났음을 유추할 수 있지만, 이는 평상시 음과 다르다는 것을 인지하는 것일 뿐, 튜브 파손에 의한 이상 음인지, 또는, 튜브 파손에 의한 이상 음이면 파손이 어느 정도 진행되고 있는지 등에 대해서는 전혀 파악할 수 없다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 마이크로폰을 통해 입력되는 보일러 내부 소음에 대한 음질 평가를 진행하여 튜브 파손 발생 유무 등을 지속적으로 감시하는 보일러 상태 감시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치는, 보일러 내부의 소음으로부터 음질 평가를 진행하여 보일러 상태를 감시하는 보일러 상태 감시장치로서, 보일러 외벽으로부터 홀을 뚫어 설치되며 보일러 내부의 소음을 포집하는 음향센서부; 상기 음향센서부에 포집된 음향 신호를 음질 평가에 적합한 디지털 신호로 변환하는 신호변환부; 상기 신호변환부에 의해 디지털 신호로 변환된 소음으로부터 소음의 음질을 평가하는 데이터처리부; 및 상기 보일러 튜브의 파손 유무를 확인할 수 있도록 상기 데이터처리부의 평가 결과를 표시하는 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치에 있어서, 상기 음향센서부는 마이크로폰을 내장하며 상기 마이크로폰을 보일러 외벽에 형성한 홀에 거치하기 위한 마이크로폰 거치장치를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치에 있어서, 상기 마이크로폰 거치장치는, 상기 마이크로폰이 배치되는 내부 공간을 갖는 직육면체 형상의 하우징; 상기 하우징의 단방향 일측면에 일단이 연결되고 상기 일단에 대향하는 타단이 상기 홀을 관통하여 보일러 내부에 배치되는 연결관; 상기 하우징의 단방향 타측면의 외측으로부터 그 내부로 인입되어 상기 마이크로폰과 연결된 마이크로폰 케이블; 상기 연결관의 일부분에 연결되고, 상기 연결관을 통해 보일러 내부로 에어를 분사하는 에어 퍼지 라인; 및 상기 마이크로 폰 케이블과 함께 설치되고, 상기 하우징의 장방향 일면을 통해 연장하여 상기 에어 퍼지 라인과 연결되는 전원 케이블;을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치에 있어서, 상기 마이크로폰 거치장치는 상기 하우징 내부에 설치되어 보일러 내부로부터 마이크로폰에 전달되는 고온에 의한 상기 마이크로폰의 손상을 방지하는 냉각장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치에 있어서, 상기 데이터처리부의 음질 평가는 음의 강도(Loudness), 음의 날카로움(Sharpness), 음의 거칠기(Roughness) 및 음의 대역(Octave) 성분들 중 적어도 어느 하나 이상을 평가할 수 있다.

본 발명에 따르면, 마이크로폰 통해 입력된 보일러 내부 소음에 대해 음질 평가를 진행함으로써 보일러 설비, 즉, 튜브의 파손 유무를 정확하게 파악할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치를 이용하는 경우, 보일러 튜브에 이상이 발생하였을 때, 음의 질 또는 음의 색깔로 이상 음을 확인하게 되고, 이는 음압의 크기와는 전혀 다른 것이어서 이를 소프트웨어로 분석함으로써 보일러 튜브 파손 발생 초기에 튜브의 파손 유무를 판단할 수 있다.

또한, 보일러 튜브의 리크는 최초 발생 후 다른 튜브 리크에 영향을 주면서 보일러 정지시까지 서서히 진행되는바, 종래에는 튜브 파손 정도가 심해지거나 보일러 자체를 가동할 수 없을 정도가 돼서야 튜브 파손 발생을 알 수 있지만, 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치를 이용하는 경우, 튜브의 리크를 지속적으로 감지할 수 있고, 튜브 리크의 진척도를 파악할 수 있으므로, 계획 정비가 가능하고, 관리 손실을 최소화하는 등 안정적인 보일러 운영 및 관리를 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치를 설명하기 위한 블록도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치의 마이크로폰 거치장치를 설명하기 위한 사진들.
도 4는 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치의 데이터 획득 및 연산 보드를 도시한 사진.
도 5는 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치의 음질 평가 예를 설명하기 위한 사진.
도 6a 내지 도 6c는 도 5에서의 음의 강도 평가를 설명하기 위한 사진들.
도 7a 내지 도 7c는 도 5에서의 음의 날카로움 평가를 설명하기 위한 사진들.
도 8은 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치의 음질 평가를 통한 보일러 관례 예를 설명하기 위한 사진.

이상의 본 발명의 목적 및 효과들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 실시 예를 통해 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기에 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고, 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

그리고, 본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 제1 및 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어는 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 아울러, 제1구성요소가 제2구성요소 상에서 동작 또는 실행된다고 언급될 때, 제1구성요소는 제2구성요소가 동작 또는 실행되는 환경에서 동작 또는 실행되거나 또는 제2구성요소와 직접 또는 간접적으로 상호 작용을 통해서 동작 또는 실행되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

게다가, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예를 설명하기 위한 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니며, 그리고, 본 명세서에서의 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함할 수 있다. 즉, 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소가 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않음을 의미한다.

또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 형상 및 두께 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있으며, 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시하였음을 유의하여야 한다. 그리고, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 보일러 상태 감지장치의 마이크로폰 거치장치를 설명하기 위한 사진들이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치(100)는 음향센서부(10), 신호변환부(20), 데이터처리부(30) 및 표시부(40)를 포함한다.

상기 음향센서부(10)는 보일러 내부의 소음을 포집하기 위한 것으로, 예를 들어, 마이크로폰을 포함할 수 있으며, 마이크로폰을 포함하는 음향센서부(10)는 보일러 외벽을 뚫어 직경 10㎜ 이하의 홀을 형성한 상태에서 홀을 포함한 보일러 외벽에 마이크로폰을 내장한 마이크로폰 거치장치를 거치하는 것에 의해 설치될 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로폰 거치장치(50)는 하우징(52), 연결관(54), 마이크로폰(56), 마이크로폰 케이블(58a), 전원 케이블(58b), 그리고, 에어 퍼지 라인(58c)을 포함한다. 또한, 마이크로폰 거치장치(50)는 냉각 장치, 예를 들어, 공랭식 팬(도시안됨)을 더 포함할 수 있다.

상기 하우징(52)은 대체로 직육면체 형상을 갖도록 마련될 수 있으며, 마이크로폰(56)이 배치될 수 있는 내부 공간을 갖는다. 이와 다르게, 하우징(52)은 내부 공간을 갖는 범위에서 직육면체 형상 이외의 다양한 형상을 갖도록 마련될 수 있다.

한편, 도 3에서 하우징(52)은 오픈(open)된 구조로 도시되었으나, 실제로는 마이크로폰(56)을 내장한 채로 외부 소음이 마이크로폰(56)에 들어가지 않도록 하면서 고온에 의해 마이크로폰(56)이 손상되지 않도록 밀폐되는 것으로 이해될 수 있다.

상기 연결관(54)은 보일러 내부와의 연통을 위해 구비되는 것으로, 그의 일단은 하우징(52)의 단방향 일측면에 연결되고, 일단에 대향하는 타단은 보일러 외벽에 형성한 홀을 관통하여 보일러 내부까지 연장 배치된다. 이러한 연결관(54)은 대체로 기다란 원통형 관 형태로 마련될 수 있으며, 이와 다르게, 기다란 다각형 관 형태로 마련되는 것도 가능하다.

또한, 연결관(54)은 그의 타단이 보일러 외벽에 마련한 홀을 관통하여 보일러 내부에 위치된 상태에서, 자세하게 도시되지는 않았으나, 보일러 외벽으로부터 용접 등에 의해 보일러 외벽 면과 완전 결합이 될 수 있으며, 이를 통해, 보일러 외벽 면과 연결관(54) 사이의 틈새가 없도록 함으로써 마이크로폰(58)을 통한 보일러 내부 소음의 포집이 신뢰성 있게 이루어지도록 할 수 있다.

여기서, 보일러 외벽 면과 연결과(54) 사이의 완전 결합은 용접이 아닌 실링재(sealing material)의 형성을 통해서도 구현 가능하다. 아울러, 연결관(54)의 일단 또한 용접 등에 의해 하우징(52)의 단방향 일측면과 완전 결합될 수 있으며, 이때, 연결관(54)의 일단과 연결되는 하우징(52)의 단방향 일측면에 홀이 뚫려 있는 것으로 인해 연결관(54)의 일단과 하우징(52)의 단방향 일측면이 상호 관통될 수 있다.

한편, 본 발명에서의 연결관(54)은 보일러 외벽 면에 대하여 10~30℃ 각도를 이루도록 설치됨으로써 보일러 내부의 소음 포집이 보다 신뢰성 있게 이루어지도록 할 수 있다.

상기 마이크로폰(56)은 보일러 내부의 소음을 포집하기 위한 것으로, 그 구성은 소리를 포집하기 위해 통상 사용되는 그것과 동일 또는 유사한 것으로 이해될 수 있으며, 본 실시 예에서 그 상세한 도시 및 설명은 생략하도록 한다. 이러한 마이크로폰(58)은 하우징(52) 내에 위치하며, 하우징(52)의 내부에는 마이크로폰(56)을 거치하기 위한 다양한 형태의 구조물이 설치될 수 있다. 예를 들어, 본 실시 예에서는 마이크로폰(60) 거치를 위해 하우징(52) 내부에 중간막을 설치할 수 있다.

상기 마이크로폰 케이블(58a)은 그의 일단이 데이터 획득 보드(도시안됨)에 연결된 채로 그의 타단이 하우징(52)의 외측으로부터 상기 하우징(52)의 장방향 일측면, 즉, 하우징(52)의 하면으로부터 그 내부로 인입되어 마이크로폰(56)에 연결된다. 이때, 마이크로폰 케이블(58a)은 보일러로부터 나오는 고온에 충분히 견딜 수 있는 재질로 이루어짐이 바람직하다.

상기 전원 케이블(58b)은 마이크로폰 케이블(58a)과 함께 하우징(52) 내부로 인입된 후 연결관(54) 설치 면과 대향하는 하우징(52)의 단방향 타측면을 관통하여 하우징(52)의 외부로 다시 연장 배치되며, 이렇게 연장된 전원 케이블(58b)은 보일러 내부에 에어를 분사하기 위한 에어 퍼지 라인(58c)의 적소, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 전자식 밸브에 연결된다. 이러한 전원 케이블(58B) 또한 보일러로부터 나오는 고온에 충분히 견딜 수 있는 재질로 이루어짐이 바람직하다.

상기 에어 퍼지 라인(58c)은 보일러 내부에서 발생하는 슬러지(sludge) 등에 의한 연결관(54)의 막힘 현상 및 센서의 청결을 유지하기 위해 마련되는 것으로, 일단은 보일러 외부에서 연결관(54)에 연결되고, 타단은 전자식 밸브에 연결된다. 이때, 연결관(54)과의 연결 부위에는 에어 분사 노즐(도시안됨)이 설치될 수 있다.

따라서, 에어 퍼지 라인(58c)은 전자식 밸브를 통해 연결관(54)에 에어를 분출함으로써 자동으로 일정시간마다, 또는, 수동으로 연결관(54) 내부에 쌓이는 슬러지를 제거하여 슬러지에 의한 관 막힘 및 센서 오염을 방지할 수 있다.

상기 냉각장치(도시안됨)는 보일러로부터 전달되는 고온의 열에 의해 마이크로폰(56)이 손상되는 것을 방지하기 위해 마련되는 것으로, 도시되지 않았으나, 마이크로폰(56)에 인접하여 설치됨이 바람직하며, 예를 들어, 공랭식 팬일 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서의 마이크로폰 거치장치(50)는 고온 상태에서도 보일러의 내부 소음을 측정할 수 있도록 마련된다. 즉, 본 발명은 마이크로폰 거치장치(50)의 설치를 통해 70℃ 이상의 고온이 마이크로폰(56)에 전달되지 않도록 할 수 있으며, 이를 통해, 고온에 의해 마이크로폰(56)이 손상되는 문제 및 이로 인해 보일러 내부 소음의 포집이 제대로 이루어지지 않음의 문제를 해결한다.

자세하게, 보일러 내부는 고온으로 인하여 보일러 외부에 대해 상대적으로 진공의 성질을 갖는다. 따라서 보일러 내부의 뜨거운 열기는 밖으로 전달되기보다는 압력 차이에 의하여 보일러 외부의 공기가 보일러 내부로 유입되는 경향을 보이게 되며, 다만, 보일러 내부의 복사열이 외부에 전달되는 것인데, 이러한 복사열에 의해 마이크로폰(56)이 충분히 손상될 수 있다.

그러나, 본 발명에서는 보일러 외벽에 10mm 이하의 직경을 갖는 작은 크기의 홀을 형성하고, 이 홀에 마이크로폰(56)을 내장한 마이크로폰 거치장치(50)를 설치함으로써 고온에 의한 취약점 없이 신뢰성 있게 보일러 내부 소음을 포집할 수 있다. 다시 말해, 본 발명은 보일러 외벽의 점검 구에 작은 직경의 홀을 뚫고, 여기에 마이크로폰 거치장치(50)를 설치하며, 아울러, 보일러 내부의 이상으로 고온의 열이 빠져나와서 마이크로폰까지 도달하더라도 마이크로폰 거치장치(50)에 구비시킨 공랭식 팬과 같은 냉각장치를 작동시킴으로써 마이크로폰(56)의 손상을 사전 차단할 수 있다.

또한, 본 발명은 마이크로폰(56)이 내장된 하우징(52)에 연결되는 케이블들(58a, 58b)도 고온의 열에 견딜 수 있는 재질의 것을 사용하고, 부가해서 케이블을 보호할 수 있는 케이블 보호용 자바라(도시안됨)를 이용함으로써 케이블들(58a, 58b)의 손상을 최소화할 수 있다.

한편, 본 발명의 경우, 배선작업시에 보일러 내부의 열이 전달되지 않는 통제된 구역에서 선로작업을 진행함으로써 고온의 열에 의한 작업자의 손상 또한 방지한다.

계속해서, 다시 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치(100)에서의 상기 신호변환부(20)는 음향센서부(10)를 통해 포집된 보일러 내부의 소음을 디지털 신호로 변환하도록 역할한다. 이러한 신호변환부(20)는, 명확하게 도시하고 설명하지는 않지만, 소리를 음향신호로 변환시킬 수 있는 제1회로와, 음향신호를 데이터 처리할 수 있는 디지털 신호로 변환시키는 제2회로 등을 포함할 수 있으며, 그 이외에도 전체 회로 구성에 필요한 다양한 단위 회로 및 반도체 소자들을 더 포함할 수 있다.

상기 데이터처리부(30)는 신호변환부(20)에 의해 디지털 신호로 변환된 소음으로부터 음질을 평가한다.

예를 들어, 본 발명의 실시 예에서 데이터처리부(30)의 음질 평가는 음의 강도(Loudness), 음의 날카로움(Sharpness), 음의 거칠기(Roughness) 및 음의 대역(Octave) 성분들 중 적어도 어느 하나 이상을 평가함으로써 이루어질 수 있다.

<< 음질 성분들의 특징 및 관련 수식 >>

음질 성분	특징	관련수식
음의 강도 (Loudness)	사람이 느끼는 음의 강도 표시 음압 값(SPL, Sound Pressure Level)보다 더 사람이 느끼는 정도의 차이가 명확하게 나타남	N': Special Loudness z: Critical Band
음의 날카로움 (Sharpness)	음의 날카로움 정도 고주파 음이 많을수록 강도가 크게 나타남	g'(z): Weighting Function
음의 거칠기 (Roughness)	음의 거칠기를 나타내는 것 음의 명확도를 알고자 할 때 이용될 수 있는 인자임	R = Cal·Fmod·ΔL Cal: Calibration Factor Fmod: Frequency of modulation ΔL: Perceived masking depth
음의 대역 (Octave)	음을 주파수 대역 밴드별로 분류하여 표시하는 방법

다시 말해, 본 발명은 상기의 표 1에서와 같이 보일러로부터 포집된 소음에 대하여 소프트웨어들을 이용하여 4가지 음질 성분들 중 적어도 하나 이상을 평가하며, 이를 통해, 보일러 튜브의 이상 유무를 조기에 매우 정밀하게 판정한다. 즉, 본 발명은 음질을 구성하는 4가지 성분들 각각에 대해 각각의 소프트웨어를 이용해서 정상상태와 이상상태를 비교하여 보일러 튜브의 이상 유무를 판정한다.

이를 위해, 본 발명의 데이터처리부(30)는 도 4에 도시된 바와 같은 전용 데이터 획득 및 연산 보드(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 데이터 획득 및 연산 보드(100)는, 명확하게 도시되지는 않았으나, 전원부 카드, 메인 컨트롤러 카드 및 신호획득 및 연산 카드 등이 슬롯 형태로 구성된 것일 수 있다. 이러한 데이터 획득 및 연산 보드(100)는 전면의 기능카드와 후면의 터미널 모듈 사이에 백보드가 있으며, 백보드를 통하여 각각의 카드가 연결된다.

한편, 이와 같은 본 발명에 따른 데이터 획득 및 연산 보드(100)의 경우, 전원부 및 메인 제어부의 이중화로 안정성을 향상시킬 수 있으며, 각 카드에서 필요 기능을 모두 수용함으로써 모니터링 PC 이외에 별도의 장치가 필요하지 않다. 즉, 본 발명의 경우, 신호획득 카드에 FFT(Fast Fourier Transform) 기능을 내장함으로써 최종 결과 값만을 표시부(40), 예를 들어, 모니터링 PC로 전송하면 되므로 별도의 장치가 필요치 않다. 또한, 각각의 카드는 자체적으로 48시간 데이터 저장이 가능하므로 모니터링 PC에 문제가 발생하더라도 데이터의 손실이 발생하지 않으며, 각 카드는 24비트 192Ksps의 AD변환기를 사용함으로써 분해능과 대역폭을 향상시킬 수 있다. 게다가, 각 기능 슬롯은 필요한 카드를 임의로 장착이 가능하다.

상기 표시부(40)는 데이터처리부(30)의 평가 결과를 표시하기 위해 마련되는 것으로, 예를 들어, 모니터링 PC일 수 있으며, 모니터링 PC로 구성되는 표시부(40)는 데이터 획득 및 연산 보드와 연결됨으로써 4가지 음질 성분들의 평가 결과를 보여주게 되고, 이를 통해, 사용자는 표시부(40)에 표시된 음질 성분들, 즉, 음의 강도, 음의 날카로움, 음의 거칠기 및 음의 대역 성분들의 이상상태 및 정상상태를 육안으로 확인함으로써 보일러 튜브의 리크 발생 유무, 즉, 파손 유무를 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 보일러 상태 감시장치의 음질 평가 예를 설명하기 위한 사진이다.

먼저, 본 발명은 음향센서부로부터 포집된 보일러 내부 소음을 신호변환부에서 디지털신호로 변환한 후, 이를 토대로 데이터처리부에서 소프트웨어들을 이용하여 음질을 평가하며, 이 결과를, 도시된 바와 같이 표시부(40)에 표시해준다.

도 5에서, 좌측 상단의 그래프는 음의 대역(Octave)에 관한 그래프이며, 좌측 하단의 그래프는 음의 강도(Loudness)에 관한 그래프이고, 우측 상단의 그래프는 음의 날카로움(Sharpness)에 관한 그래프이며, 우측 하단의 그래프는 음의 거칠기(Roughness)에 관한 그래프이다.

특별한 보일러 소리로서, 음의 강도(Loudness)와 음의 날카로움(Sharpness)의 파라미터는 보일러 소리를 모니터하는데 사용될 수 있다. 특히, 이들 두 가지 파라미터는 중에서 음의 강도는 음의 날카로움보다 더 분명하다. 음의 강도는 차트 라인을 통해 작업자가 현 상황에서 보일러의 상태를 쉽게 식별할 수 있다.

도 6a 내지 도 6c는 보일러 소리의 상태를 분석하기 위한 음의 강도 평가를 설명하기 위한 그래프 사진들이다.

도 6a를 참조하면, 정상상태의 그래프로부터 정상상태에서의 보일러가 소리를 낼 때, 8∼15Bark에서 나타나는 음의 강도 그래프선(A)이 낮은 주파수보다 더 낮은 위치에서 그려진다. 이것은 정상소리의 주파수가 저주파수에 대해서보다 더 많은 요인들을 포함하며, 깨지는 소리만큼 잡음이 있게 들리지는 않는다.

반면, 도 6b를 참조하면, 튜브 누설 상태 그래프로부터 음의 강도 그래프선(A)의 고주파수가 정상상태보다 훨씬 크다는 것을 볼 수 있다. 즉, 15∼20Bark에서 나타나는 음의 강도 그래프선 값은 8∼15Bark에서 나타나는 그것보다 크다. 이것은 누설 소음이 높은 주파수 영역에서 더 많은 요인들이 작용하기 때문이다. 또한, 소리는 정상상태보다 매우 거칠게 들린다.

따라서, 도 6c에서와 같이, 정상상태와 누설상태의 음의 강도 그래프들을 겹쳐보면, 튜브 누설상태 상황과 정상상태의 상황을 쉽게 구별할 수 있다. 여기서, 모든 신호의 주파수대는 아마도 비교된 수치와 모두 같지는 않겠지만, 도 6c에서와 같이 특정 주파수 영역이 크게 변화됨으로써 이상 상태를 판단할 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 보일러 소리의 상태를 분석하기 위한 음의 날카로움(Sharpness) 평가를 설명하기 위한 사진들로서,

음의 날카로움은 보일러 소리를 모니터할 수 있는 파라미터 중 하나이다. 비록 음의 강도만큼 분명하지는 않지만, 매우 유용한 파라미터이며, 도 7a 및 도 7b는 음의 날카로움에 관한 정상상태와 튜브 누설상태를 보여준다.

여기서, 음의 날카로움에 관한 계산 방법에 기초하여, 만약, 소리가 매우 날카롭고 뾰족하다면 음의 날카로움 값은 매우 커질 것이다. 반면, 만약 소리가 매우 둔하게 느껴지면, 음의 날카로움 값은 매우 작고 제로(0)가 될 것이다. 그래서, 보일러가 정상상태일 때, 음의 날카로움 그래프(B)는 도 7a에서와 같이 그려지는 반면, 도 7b의 튜브 누설상태보다 더 낮게 그래프(B)가 그려진다. 그러나, 음의 날카로움 값은 소리에 대해 동일한 경향을 나타낸다.

따라서, 도 7c에서와 같이, 정상상태와 누설상태의 음의 날카로움 그래프들을 겹쳐보면, 튜브 누설이 일어났을 때, 고장 난 신호의 고주파가 정상적인 신호보다도 더 높다.

이와 같이, 본 발명은 음질 성분들 중에서 한 가지만 선택하거나, 4가지 성분들 모두를 선택하여, 각 그래프에서 표준 데이터보다 높게 나타나는 데이터를 통해 각 성분에 대한 정상상태 및 이상상태 유무를 확인할 수 있다.

그리고, 본 발명은 정상상태의 보일러 음을 일정 기간 측정하여 나온 데이터를 표준 데이터로 설정하며, 이때의 기간 및 데이터를 설정함으로써 자동으로 관리 밴드(Band)가 설정되도록 한다. 여기서, 데이터처리부에서 획득된 데이터 그래프가 표준 데이터보다 10% 이상 높게 나타나면서 일정시간 지속 발생할 경우에는 "주의"로 관리하며, 표준 데이터보다 30% 이상 높게 나타나면서 일정시간 지속 발생할 경우 "경보"를 발생시켜 관리한다.

예를 들어, 도 8에서 노란색의 라인은 1차 경고 라인이며, 신호가 5% 벗어나게 되면 1차 경고가 발생하며, 이후에는 보일러 상태를 예의 주시하여야 한다.

빨란색의 라인은 2차 경로를 나타내며, 신호가 10% 벗어나며, 보일러의 상태에 이상을 나타내는 것으로 기타 조치가 필요하다.

결과적으로, 본 발명은 보일러에서 발생하는 보일러 고유의 소음을 음향센서부의 마이크로폰으로 포집하고, 이렇게 포집된 소음을 신호변환부에서 분석이 가능한 디지털신호로 변환한 후, 변환된 디지털신호를 데이터처리부에 마련된 소프트웨어를 통해 평가하여 표시부에 표시해줌으로써, 정상상태의 음질 성분들(강도, 거칠기, 날카로움 및 대역)을 지속적으로 모니터링하여 음질 변화 발생시에 음질 변화를 추적하여 보일러 튜브의 이상 유무를 판단할 수 있다.

특히, 본 발명은 음의 미세한 변화를 감지할 수 있으므로 인해 보일러 튜브의 리크 발생 시점부터 추적 관리가 이루어지도록 할 수 있는바, 조기 경보 또한 가능하고, 그리고, 보일러 튜브 리크의 진척도를 파악할 수 있음은 물론, 계획 정비 및 관리 손실을 최소화할 수 있는 등 안정적인 보일러 운영 및 관리가 이루어지도록 할 수 있다.

이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.

10: 음향센서부 20: 신호변환부
30: 데이터처리부 40: 표시부
50: 마이크로폰 거치장치 52: 하우징
54: 연결관 56: 마이크로폰
58a: 마이크로폰 케이블 58b: 전원 케이블
58c: 에어 퍼지 라인 100: 데이터 획득 및 연산 보드

Claims (5)

1. 보일러 내부의 소음으로부터 음질 평가를 진행하여 보일러 상태를 감시하는 음질 평가를 통한 보일러 상태 감시장치로서,
   보일러 외벽으로부터 홀을 뚫어 설치되며, 보일러 내부의 소음을 포집하는 음향센서부;
   상기 음향센서부에 포집된 음향 신호를 음질 평가에 적합한 디지털 신호로 변환하는 신호변환부;
   상기 신호변환부에 의해 디지털 신호로 변환된 소음으로부터 소음의 음질을 평가하는 데이터처리부; 및
   상기 보일러 튜브의 파손 유무를 확인할 수 있도록 상기 데이터처리부의 평가 결과를 표시하는 표시부;
   를 포함하는 음질 평가를 통한 보일러 상태 감시장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 음향센서부는
   마이크로폰을 내장하며 상기 마이크로폰을 보일러 외벽에 형성한 홀에 거치하기 위한 마이크로폰 거치장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 음질 평가를 통한 보일러 상태 감시장치.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 마이크로폰 거치장치는
   상기 마이크로 폰이 배치되는 내부 공간을 갖는 직육면체 형상의 하우징;
   상기 하우징의 단방향 일측면에 일단이 연결되고 상기 일단에 대향하는 타단이 상기 홀을 관통하여 보일러 내부에 배치되는 연결관;
   상기 하우징의 단방향 타측면의 외측으로부터 그 내부로 인입되어 상기 마이크로 폰과 연결된 마이크로 폰 케이블;
   상기 연결관의 일부분에 연결되고, 상기 연결관을 통해 보일러 내부로 에어를 분사하는 에어 퍼지 라인; 및
   상기 마이크로 폰 케이블과 함께 설치되고, 상기 하우징의 장방향 일면을 통해 연장하여 상기 에어 퍼지 라인과 연결되는 전원 케이블;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 상태 감시장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로폰 거치장치는
   상기 하우징 내부에 설치되어 보일러 내부로부터 마이크로폰에 전달되는 고온에 의한 상기 마이크로폰의 손상을 방지하는 냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 상태 감시장치.
   
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터처리부에서의 음질 평가는
   음의 강도(Loudness), 음의 날카로움(Sharpness), 음의 거칠기(Roughness) 및 음의 대역(Octave) 성분들 중 적어도 어느 하나 이상을 평가하는 것을 특징으로 하는 보일러 상태 감시장치.

Images