KR100194491B1 - 폐쇄 구역의 환경 감시 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐쇄 구역의 환경 감시 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐쇄 구역 내의 공기 중에 함유된 가연성 가스의 농도, 인체에 유해한 유독성 가스의 농도, 그리고 온도 및 습도 등에 대한 정보를 연속적으로 감시함으로써 폐쇄 구역 내의 사고 발생을 사전에 방지해 주는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 환경 적으로 폐쇄되어 있는 구역의 제 환경 요소를 감시하는 장치에 있어서, 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도의 각종 가스의 상태를 감지하여 소정의 신호 형태로 출력하는 다수의 센서(60∼67)와; 상기한 다수의 센서(60∼67)에 의하여 감지되어 출력되는 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 가스의 상태에 대한 데이터를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 다수의 센서 제어기 (50∼53)와; 상기한 다수의 센서 제어기 (50∼53)부터 출력되는 신호를 입력받아 소정의 형태로 출력해주는 다수의 부 제어기(40∼41)와; 상기한 다수의 부 제어기(40∼41)로 출력되는 신호를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 주 제어기(3)와; 상기한 주 제어기(3)부터 출력되는 소정의 신호를 입력받아 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스의 상태를 파악하여 그 정도에 따라 경보를 발생시켜 주는 제어센터(1)와' 상기한 제어 센터(1)로부터 경보 신호가 출력되면 그 신호를 입력받아 폐쇄 구역이 위험한 상태임을 알려 주는 경보 시스템(2)과; 상기한 제어 센터(1)의 제어를 받아 폐쇄 구역 내의 환경 상태에 대한 결과를 인쇄해 주는 프린터(도면에 미 도시 함.)로 구성된다.

Description

폐쇄 구역의 환경 감시 장치 및 그 제어 방법

본 발명은 폐쇄 구역의 환경 감시 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐쇄 구역 내의 공기 중에 함유된 가연성 가스의 농도, 인체에 유해한 유독성 가스의 농도, 그리고 온도 및 습도 등에 대한 정보를 연속적으로 감시함으로써 폐쇄 구역 내의 사고 발생을 사전에 방지해 주는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 오늘날에는 지하 공간을 활용하기 위한 개발에 따라 점차 폐쇄 구역(지하도, 지하철, 하수도, 가스, 통신 관로 등)이 증가하고 있으며, 따라서, 지하 공간에서 발생하는 사고나 재해가 늘어나고 있는 추세이다. 이는 자연적으로 발생하는 가스와 유독성 가스 또는 인위적 가스들이 사용자 또는 취급자의 부주의로 폭발 등의 재해가 빈번하나, 이를 감지하여 경보를 발생시켜 주는 장치 및 방법이 아직까지는 충분하지 않아 많은 문제점이 있었다. 그리고, 가스의 종류 및 농도가 인체에 끼치는 영향을 살펴보면 다음과 같다.

1. 산소

산소(酸素)는 인간의 생명을 유지하고 인체 활동에 관계가 있는 가장 중요한 가스이며, 인간이 필요로 하는 산소량은 활동의 강도에 관계가 있다. 아래 표 1은 활동과 산소의 필요량을 나타내며, 호흡비는 인간이 호흡할 때는 산소 소비량에 대한 이산화탄소 배출량이다.

폐쇄 구역 내에서 사람이 필요한 공기량은 공급한 산소량과 사람이 배출하는 이산화탄소를 고려하여야 한다.

그리고, 산소는 다른 가스와 달리 농도가 감소하면, 산소 결핍으로 되어 인체에 큰 영향을 주며, 폐쇄 구역 내에서 다른 가스의 공기에 섞여 산소의 농도가 희석되어 농도가 낮아지게 된다. 즉, 연료의 연소 등과 같은 고온 산화 반응과 산소의 화학 반응과 같은 저온 산화 반응으로 인한 산소의 소비로 인하여 산소 결핍이 발생하게 된다. 아래의 표 2에 산소 결핍이 인체에 미치는 영향을 나타내었다.

2. 이산화탄소

이산화탄소(二酸化炭素)는 무색, 무취, 비폭발성 가스이나 농도가 증가하면 산의 맛이 난다. 이산화탄소는 공기보다 무거우므로 폐쇄 공간 내의 하부에 정체하고 질식 재해를 일으킨다.

폐쇄 구역에서 이산화탄소가 발생하는 이유는 각종 물질에 포함된 탄소의 연소와, 인간의 호흡 등이다.

농도가 증가하면 호흡에 영향을 주며 농도가 0.5% 이상이 되면 호흡은 점점 빨라지고 가빠진다. 3%에서는 호흡의 속도는 보통 공기에서보다 2배 정도이며, 5%에서는 4배가 된다. 이산화탄소의 농도가 10%인 경우에는 산소의 농도가 19%이라도 몇 분 견디지 못하게 된다.

3. 일산화탄소

일산화탄소(一酸化炭素)는 무색, 무미, 유독성, 폭발성(공기중 농도 12.5% ∼70%)의 가스이다. 대단히 독성이 강하므로 폐쇄 구역 개발에는 안전 확보의 면에서 특히 주의를 해야 한다. 일산화탄소는 탄화수소 등의 불완전 연소에서 기인하며, 폐쇄 구역 내에서의 발생 원인은 화약 발파, 마찰, 저온 산화, 내연 기관의 작동 등에 의하여 발생한다.

일산화탄소는 혈액 중의 헤모글로빈에 의하여 운반되는 산소를 배제하고 질식을 일으키게 한다. 혈 액 중 헤모글로빈이 일산화탄소와 결합하는 정도는 산소와의 결합력보다 300배정도 강하게 이루어진다. 따라서, 미량이라도 일산화탄소가 폐로 들어가면 헤모글로빈은 산소보다 일산화탄소와 결합하게 된다. 탄소와 헤모글로빈이 결합한 화합물을 탄화헤모글로빈이라고 하는데, 일산화탄소의 특성은 탄화헤모글로빈의 비가 탄화헤모글로빈의 혈중 포화 레벨로 포화 레벨로 평가된다. 탄화헤모글로빈의 혈중 농도가 5%까지 이르게 되면 인체에 처음으로 영향이 나타난다. 탄화헤모글로빈의 혈중 포화 레벨은 일산화탄소의 농도, 폭로 시간, 피폭자의 활동 시간 정도에 따라 변한다. 포화 레벨이 70% 이상이 되면 혈액에 의하여 운반되는 산소의 양은 생명 유지에 필요한 양 이하로 된다. 아래의 표 3에 탄화헤모글로빈의 혈중 포화 레벨과 증상 관계를 나타내었다.

4. 메탄

메탄 가스는 무색, 무미, 무취, 무독성, 폭발성의 가스로 공기보다 가볍다. 따라서, 메탄은 갱도의 천정부에 층을 이루며 축적된다. 지하 개발로 가장 많이 메탄이 나타나는 곳은 석탄 광산이다. 이외에도, 오일셀, 암염, 석회석 광산에서도 소량 관측된다. 또, 터널을 굴착할 때에도 부근에 존재하는 탄화수소가 함유된 지층에서 용출되는 경우가 있다. 그리고, 메탄의 공기 중에서의 폭발 한계 농도는 5∼15% 정도이다.

5. 질소 화합물

공기 중에 포함되어 있는 질소는 인체에 해롭지 않으나, 질소로부터 형성되는 질소 화합물에는 대단히 유해한 것이 있다. 일산화질소와 이산화질소가 가장 잘 발생하는 질소 화합물인데, 이는 발파 과정이나 내연 기관에서 발생한다. 일산화질소는 수분과 공기가 존재하면 바로 이산화질소로 산화된다. 따라서, 폐쇄 구역에서 일산화질소가 관측되는 경우는 거의 없으며, 이산화질소는 유독성이 매우 강하다. 시간 가중 평균 농도 및 단시간 폭로 한계는 30ppm이다. 유해한 질소 화합물은 수분과 반응하여 질산이나 아질산으로 변화함으로써 소량일지라도 이들의 가스는 폐에서 수분과 반응하여 사망 재해를 일으키거나 기관지염을 일으키는 경우가 있다. 질소 화합물의 폭로 레벨이 높은 경우에는 폐수종에 의하여 수일 후에는 폐렴 또는 수주간 후에는 사망하게 된다.

6. 아황산 가스

아황산 가스는 무수 아황산이라고 하며, 자극성 냄새를 갖는 무색의 기체로써 신맛을 갖고 있으며 비중은 공기의 1.264배이다. 물에 잘 용해되며 물에 용해되면 아황산을 생성하며, 산화 작용을 받으면 황산으로 변한다. 아황산 가스는 생리적으로 유독한 작용을 한다.

다음으로, 폐쇄 구역 내에서 온도 및 습도에 따른 환경 변화를 살펴보면, 다음과 같다.

인간이 지하로 들어갈 경우 지압과 지하 환경이 변화하게 된다. 지하의 심도가 100m 내려갈 때마다 압축열은 1℃ 상승하게 되며 암반 온도는 평균 100m 마다 3℃가 상승하게 된다. 또 암반 내의 공극은 온천 등 열수가 있을 때 새롭게 형성된 자유면을 향해서 이동하므로 펌프를 이용하여 그것을 제거하지 않으면 지하 공간은 열로 가득 차게 되기 때문에 온도가 상승하게 된다. 그리고, 습도가 높아지게 되면 지하 공간 내에 설치된 각종 장비에 습해를 끼치게 된다.

한편, 인체에 유해한 각종 유해 가스의 허용 농도에 대하여 설명하면 다음과 같다. 공기는 체적비로써 다음과 같은 조성으로 되어 있다. 즉, 산소는 20.93%, 질소는 79.04%, 이산화탄소는 0.03%, 기타 가스는 0.01% 이하이고, 또 보통 공기는 수증기가 1∼6% 정도 포함하고 있다.

폐쇄 구역 내의 공기에 포함될 가능성이 있는 가스에는 메탄, 일산화탄소, 질소 화합물, 유화수소, 아황산 등이 있으며 이들은 어느 것이나 인체에 유해하다. 그리고, 화재에 의하여 발생하는 유해 가스에는 일산화탄소, 이산화탄소, 아황산 가스, 아질산 가스, 황화수소 등이 있으며, 화재가 발생하면, 산소의 농도가 내려가기 때문에 산소 결핍 상태가 된다.

그리고, 온도에 대한 인체에 허용 한도는 아래의[표 4]와 같으며, 지하 공간 내에서 가연성 가스가 폭발하는 경우가 있는데 가연성 가스의 폭발 한계는 아래의 [표 5]와 같다.

끝으로, 폐쇄 구역 내에서 각종 가스의 특성을 살펴보면 다음과 같다.

폐쇄 구역에서 각종 물질이 연소할 때 발생하는 유독 가스의 종류와 양은 연소되고 있는 가연성 물질의 종류와 양, 연소 조건에 따라 다르나 목재 류가 연소할 때에는 발생하는 독성 가스의 주성분은 일산화탄소라고 하여도 좋으나, 플라스틱이나 고무, 합성 수지류 등의 인공 소재가 연소하는 경우에는 CO외에도 HCl, SO_2,H₂S, HCN 등의 유독 가스 성분도 작업 허용 농도 한계치를 초과 발생하는 경우가 많다. 이러한 유독 가스가 인체에 끼치는 장애 작용과 가스의 허용 농도를 각각 표 6과 표 7에 나타내었다.

상기한 바와 같이, 폐쇄 구역에 발생하는 각종 유해 가스와 높은 온도 및 습도는 폐쇄 구역에서 활동하는 사람의 건강은 물론 심한 경우에는 생명을 위태롭게 하는 위험한 문제이므로 폐쇄 구역 내의 환경 상태를 감시하여 안전을 확보하는 것은 매우 중요한 일이다.

그런데, 종래에는 폐쇄 구역 내의 공기 중에 함유되어 있는 각종 유독가스를 지속적으로 측정하여 폐쇄 구역 내의 환경이 위험한 정도에 이를 때에 이를 자동적으로 감지하여 경보를 발생시켜 주는 시스템이 불완전하여 항상 사고의 위험이 있었다.

본 발명의 목적은 폐쇄 구역 내에서 발생하는 환경 상태 즉, 온도, 습도, 가스, 화재 등을 감지하여 폐쇄 구역 내에서 발생할 수 있는 사고 징후를 조기에 감지하고, 각종 재난으로 인한 피해를 최소화하여 보다 나은 폐쇄 구역 내의 작업 환경을 조성하며, 나아가 폐쇄 구역 내의 재난을 방지할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스의 상태를 감지하여 소정의 신호 형태로 출력하는 다수의 센서와; 상기한 다수의 센서에 의하여 감지되어 출력되는 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 가스의 상태에 대한 데이터를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 다수의 센서 제어기와; 상기한 다수의 센서 제어기로부터 출력되는 신호를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 다수의 부 제어기와; 상기한 다수의 주 제어기로 출력되는 소정의 신호를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 주 제어기와; 상기한 주 제어기로부터 출력되는 소정의 신호를 입력받아 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스와 상태를 파악하여 그 정도에 따라 경보를 발생시켜 주는 제어 센터와 상기한 제어 센터로부터 경보 신호가 출력되면 그 신호를 입력받아 폐쇄 구역이 위험한 상태임을 알려 주는 경보 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명은 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스 상태를 감시하여 인간의 활동에 적절한 환경을 유지하기 위한 방법으로, 폐쇄 구역 내의 각종 유해 가스의 농도와 온도 및 습도 등을 센서를 이용하여 감지하는 단계와; 상기한 감지 단계에서 감지한 환경 요소의 데이터를 취합하여 소정 방식의 통신선로를 이용하여 제어 센터 쪽으로 송출하는 단계와; 상기한 데이터 송출 단계에서 송출된 데이터를 입력받아 적정 환경을 유지할 때의 기준 데이터가 비교하는 단계와; 상기한 비교 단계에서 비교한 결과, 측정된 데이터가 적절한 환경을 유지할 수 있는 허용 범위를 벗어나면 그 지역 및 제어 센터에 설치된 경보 장치를 통하여 경보를 발생하는 단계와; 경보가 발생된 지역의 환경을 조사하여 환경 위해 원인을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 방법을 아울러 제공한다.

제1도는 본 발명에 따른 폐쇄 구역의 환경 감시 장치의 구성을 나타낸 블록도.

제2도는 본 발명에 따른 무선 방식에 의한 폐쇄 구역의 환경 감시 장치의 구성을 나타낸 블록도.

제3도는 본 발명에 따른 작은 범위의 폐쇄 구역의 환경 감시 장치의 구성을 나타낸 블록도.

제4도는 본 발명에 따른 폐쇄 구역의 환경 감시 방법을 나타낸 순서도.

제5도는 반도체 가스 센서를 나타낸 사시도.

제6도는 Sn02계 반도체 가스 센서의 특성을 나타낸 그래프.

제7도는 Fe203계 반도체 가스 센서의 특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 폐쇄 구역의 환경 감시 장치 및 그 제어방법의 구성 및 작용을 본 발명에 따른 여러 실시 예와 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

첨부한 도면, 제1도는 본 발명에 따른 폐쇄 구역의 환경 감시 장치의 구성을 나타낸 불록도이고, 제2도는 본 발명에 따른 무선 방식에 의한 폐쇄 구역의 환경 감시 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 그리고, 제3도는 본 발명에 따른 작은 범위의 폐쇄 구역의 환경 감시 장치의 구성을 나타낸 블록도이며, 제4도는 본 발명에 따른 폐쇄 구역의 환경 감시 방법을 나타낸 순서도이다.

먼저, 본 발명에 따른 폐쇄 구역의 환경 감시 장치의 구성을 본 발명에 따른 일 실시예와 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 폐쇄 구역의 환경 감시 장치의 구성은 제1도에 도시한 바와 같이, 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도의 각종 가스의 상태를 감지하여 소정의 신호 형태로 출력하는 다수의 센서(60∼67)와; 상기한 다수의 센서(60∼67)에 의하여 감지되어 출력되는 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 가스의 상태에 대한 데이터를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 다수의 센서 제어기 (50∼53)와; 상기한 다수의 센서 제어기 (50∼53)부터 출력되는 신호를 입력받아 소정의 형태로 출력해주는 다수의 부 제어기(40∼41)와; 상기한 다수의 부 제어기(40∼41)로 출력되는 신호를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 주 제어기(3)와; 상기한 주 제어기(3)부터 출력되는 소정의 신호를 입력받아 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스의 상태를 파악하여 그 정도에 따라 경보를 발생시켜 주는 제어센터(1)와' 상기한 제어 센터(1)로부터 경보 신호가 출력되면 그 신호를 입력받아 폐쇄 구역이 위험한 상태임을 알려 주는 경보 시스템(2)으로 이루어진다.

그리고, 본 발명에 따른 폐쇄 구역의 환경 감시 장치는 및 폐쇄 구역과 제어 센터가 설치된 지역간의 통신을 무선으로 수행하는 또 다른 발명인 무선 방식에 의한 폐쇄 구역의 환경 감시 장치를 제공하는데 그 구성은 다음과 같다.

무선 방식에 의한 폐쇄 구역의 환경 감시 장치의 구성은 제2도에 도시한 바와 같이, 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도의 각종 가스의 상태를 감지하여 소정의 신호 형태로 출력하는 다수의 센서(60∼67)와; 상기한 다수의 센서(60∼67)에 의하여 감지되어 출력되는 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 가스의 상태에 대한 데이터를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 다수의 센서 제어기 (50∼53)와; 상기한 다수의 센서 제어기 (50∼53)부터 출력되는 신호를 입력받아 소정의 형태로 출력해주는 다수의 부 제어기(40∼41)와; 상기한 다수의 부 제어기(40∼41)로 출력되는 신호를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 주 제어기(3)와; 상기한 주 제어기(3)부터 출력되는 소정의 신호를 입력받아 무선 신호로 변환하여 송출하는 RF 송신기(72)와; RF 송신기(72)에 의해 송출된 무선 신호를 수신하여 출력하는 RF수신기(71)와; 상기한 RF 수신기(71)에 의해 수신된 신호를 입력받아 상기한 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스의 상태를 파악하여 그 정도에 따라 경보를 발생시켜 주는 제어 센터(1); 상기한 제어 센터(1)로부터 경보 신호가 출력되면 그 신호를 입력받아 폐쇄 구역이 위험한 상태임을 알려 주는 경보 시스템(2)과; 상기한 제어 센터(1)의 제어를 받아 폐쇄 구역내의 환경 상태에 대한 결과를 인쇄해 주는 프린터(도면에 미 도시 함.)로 이루어진다.

한편, 본 발명은 협소한 폐쇄 구역의 환경 상태를 감시하기 위하여 간단한 구조의 작은 범위의 폐쇄 구역의 환경 감시 장치를 제공하는데, 그 구성은 다음과 같다.

작은 범위의 폐쇄 구역의 환경 감시 장치의 구성은 제2도에 도시한 바와 같이, 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도의 각종 가스의 상태를 감지하여 소정의 신호 형태로 출력하는 다수의 센서(68∼69)와; 상기한 다수의 센서(68∼69)에 의하여 감지되어 출력되는 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 가스의 상태에 대한 데이터를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 다수의 센서 제어기 (54)와; 상기한 다수의 센서 제어기 (54)로부터 출력되는 소정 형태 신호 즉, RS-485신호를 다른 소정의 신호 형태 즉, RS-232 신호로 변환하여 출력해 주는 RS-485/RS-232변환기(8)와; 상기한 RS-485/RS-23 변환기(8)로부터 출력된 RS-232 신호를 입력받아 상기한 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스의 상태를 파악하여 그 정도에 따라 경보를 발생 시켜 주는 제어 센터(1)와; 상기한 제어 센터(1)로부터 경보 신호가 출력되면 그 신호를 입력받아 폐쇄 구역이 위험한 상태임을 알려 주는 경보 시스템(2)과; 상기한 제어 센터(1)의 제어를 받아 폐쇄 구역 내의 환경 상태에 대한 결과를 인쇄해 주는 프린터(도면에 미 도시 함.)로 이루어진다.

여기서, 상기한 다수의 센서들(60∼69)이 갖고 있는 기능 및 감지 가스에 대한 설명을 아래에 서술한다.

가스를 감지하는 가스 센서는 가스 누출, 산소 결핍 등의 방재, 질소나 탄소 화합물 등의 공해 물질 감시, 엔진이나 보일러의 연소 상태의 제어를 위한 용도로 사용된다.

이러한 여러 용도로 사용되는 가스 센서의 용도 및 원리를 살펴보면 먼저, 방재 방화에는 도시 가스나 프로판 가스 등의 환원성(還元性)이 있는 가스의 검지가 필요하다. 또 항상 측정되고 있으면서 이상이 발생하면 그 즉시 경보를 발생하는 것이 요구된다. 이러한 조건에 따라 반도체 가스 센서가 많이 실용화되고 있다. 반도체 가스 센서는 감도가 높으며, 싼값이므로 공업용에서부터 가정용에 이르기까지 광범위하게 이용되고 있다.

그러나, 반도체 가스 센서는 농도에 대한 출력이 비례하지 않으므로 가스 농도계의 센서로는 그다지 적합하지 않다. 가연성 가스의 농도를 측정하는 용도의 센서로는 접촉 연소 방식의 센서가 사용된다. 접촉 연소 방식의 센서는 가연성 가스가 촉매에 접촉되어 연소할 때 발생하는 열을 백금 측온 저항체에 의해 온도의 변화를 통하여 얻어낸다. 이 때, 측온 저항체의 저항값 변화는 매우 작으므로 정확한 검출을 위하여 브리지 회로를 이용하고, 변화한 부분만 증폭하여 신호를 출력한다.

그리고, 연소 상태를 측정하기 위하여 사용하는 센서는 산화성 산소의 잔량을 측정하는 방법이 있는데, 이를 위하여 안정화 지르코니어를 사용한 고체 전해질의 전지 등이 실용화되어 있다.

한편, 특정한 가스의 농도를 알기 위해서는 센서의 가스 선택성이 매우 중요한데, 이는 상기한 종류의 센서로는 불충분하며, 특정 가스와 반응하는 화학 반응이나, 적외선의 흡수, 산란을 이용하는 센서가 이용되고 있다.

화학 반응에 의한 착색을 이용한 센서로는 가는 유리관에 가스 흡착제를 채우고 가스를 정량 통과시킨 후에 그 발색 상태로부터 농도를 알아내는 방법이 많이 이용되고 있다. 대상 가스는 검지판마다 정해져 있는데, 그 종류는 탄소나 유황의 화합물 등 화학적으로 활성 상태인 것이다. 이는 소형으로 휴대에도 편리하지만 연속적인 측정에는 사용할 수 없다.

연속적으로 가스 농도를 측정하여 제어 시스템으로 피드백하는 용도로 이용되는 센서에는 전해액에 가스를 흡수시키고 그 전도율의 변화로부터 농도를 구하는 방법이 사용된다. 예를 들면, 아황산 가스에는 옥화칼륨(KI) 수용액이 사용된다. 또 농황산액 중에 전극을 넣고 가스를 산화시켜서, 이 때 흐르는 전류를 측정하는 방법도 이산화탄소나 알코올의 검출에 이용되고 있다.

이러한 여러 종류의 가스 센서 중에서 본 발명에 많이 이용되는 반도체 가스 센서의 구성 및 원리를 제5도 및 제6도, 제7도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

반도체 가스 센서의 구성은 가스를 감지하는 감지부, 히터 및 방폭 네트 등으로 구성되는데, 감지부에는 SnO_2,FeO_2,O_3,ZnO₂등의 금속 산화물에 Pt, Pb 등의 증감제를 첨가한 것이 상용되고 있다. 잘 알려져 있는 SnO₂계 센서의 구조 및 특성은 제5도, 제6도에 도시한 바와 같으며, 제7도는 FeO₂계 센서의 특성을 나타낸다.

히터에 의한 가열 온도는 200∼450℃로써 SnO₂계는 ZnO₂계 보다 저온에서 동작한다.

가스의 종류에 따른 선택성은 증감제에 의해 다소 제어할 수 있다. 예로써 ZnO₂계에서는 Pt를 가하면 프로판이나 이소부탄에, Pb를 가하면 일산화탄소나 수소 가스에 고감도로 된다.

이러한 반도체 가스 센서의 동작 원리는 예로써 SnO₂계를 들어 설명하면, SnO₂등의 n형 반도체의 소결체에서는 입상 경계 부근에서 산소에 트랩 되어 있던 전자가 만드는 포텐셜 장벽에 의해 전류의 흐름이 차단되어 있다가, 환원성 가스의 흡착에 의해 포텐셜 장벽이 낮아져 전류가 흐르는 원리를 이용한 것이다.

상기한 바와 같이 설명한 여러 종류의 센서를 이용하여 폐쇄 구역 내의 가스 상태를 감지하여, 이외에도 온도와 습도를 측정하기 위하여 온도 센서와 습도 센서를 설치하여 운용한다.

그리고, 본 발명은 폐쇄 구역의 환경을 감시하는 방법에 관한 발명으로 방법 발명을 아울러 제공하는데 그 과정은 다음과 같다.

본 발명에 따른 폐쇄 구역의 환경 감시 방법은 제4도에 도시한 바와 같이. 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스 상태를 감시하여 인간의 활동에 적절한 환경을 유지하기 위한 방법으로, 폐쇄 구역 내의 각종 유해 가스의 농도와 온도 및 습도 등을 센서를 이용하여 감지하는 제1단계(S1)와; 상기한 제1단계 (S1)에서 감지한 환경 요소의 데이터를 취합하여 소정 방식의 통신 선로를 이용하여 제어 센터(1)쪽으로 송출하는 제2단계(S2)와; 상기한 제2단계(S2)에서 송출된 데이터를 입력받아 적정 환경을 유지할 때의 기준 데이터와 비교하는 제3단계(S3)와; 상기한 제3단계(S3)에서 비교한 결과, 측정된 데이터가 적절한 환경을 유지할 수 있는 허용 범위를 벗어나면 그 지역 및 제어 센터에 설치된 경보 장치를 통하여 경보를 발생하는 제4단계(S4)와; 상기한 제4단계(S4)에서 경보가 발생되면 경보가 발생된 지역의 환경을 조사하여 환경 위해 원인을 제거하는 제5단계(S5)로 이루어진다.

상기한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 폐쇄 구역의 환경 감시 장치 및 그 제어방법은 다음과 같이 작용한다.

여기서, 본 발명에 따른 폐쇄 구역의 감시 장치 및 그 방법에 대한 작용을 설명하는데 있어서, 본 발명에 따른 여러 발명 중에서 폐쇄 구역의 환경 감시 장치와 폐쇄 구역의 환경 감시 방법에 대한 발명을 중심으로 제1도 및 제4도를 참조하여 설명한다.

먼저, 폐쇄 구역 내의 환경 요소를 감지하는 여러 종류의 센서(60∼67)를 이용하여 가스의 종류 및 농도와 온도, 습도 등을 감지하여, 그 결과를 센서 제어기(50∼53)에 출력한다. 센서 제어기(50∼53)는 다수의 센서(60∼67)에 의해 감지된 폐쇄 구역 내의 환경 요소를 통합하여 부 제어기(40∼41)로 출력한다. 부 제어기(40∼41)는 상기한 센서 제어기(50∼53)로부터 통합되어 입력된 데이터를 다시 주 제어기(3)로 출력한다.

주 제어기(3)에 입력된 신호는 광신호로 변환되어 광섬유 통신 선로를 통하여 제어 센터(1)에 입력되어 조정의 데이터 처리 과정을 거쳐 폐쇄 구역 내의 환경 상태를 감시한다.

폐쇄 구역 내의 환경 상태를 감시하는 제어 센터(1)는 폐쇄 구역 내의 환경에 이상이 발생하면, 그 즉시 경보 시스템을 통하여 경보를 발생함과 동시에 그 결과를 프린터를 통하여 인쇄한다.

여기서, 상기한 주 제어기(3)와 제거 센터(1)간의 양단에는 각각 광 모뎀(도면 미 도시함.)이 설치되어 광섬유로 연결되어 있으며 제어 센터(1)에 연결된 광 모뎀 은 RS-232신호로 변환하여 제어 센터(1)로 출력한다. 그리고, 상기한 센서 제어기(50∼53)로부터 부 제어기(40∼41)로 전송되는 신호의 형식은 RS-485신호 형태이고, 부 제어기(40∼41)와 주 제어기(3)간에는 모뎀을 이용하여 신호를 전송한다.

한편, 상기한 제어 센터(1)는 일반 퍼스널 컴퓨터를 이용하여 구축하였다.

그리고, 본 발명에 따른 발명 주에서 무선 방식에 의한 폐쇄 구역의 환경 감시 장치는 본 발명의 제1발명인 상기한 폐쇄 구역의 환경 감시 장치의 구성 및 작용과 거의 동일하며, 다른 점은 주 제어기(3)과 제어 센터(1)간의 통신 방식을 무선으로 처리하여 보다 광범위한 지역을 감시할 수 있게 한 점이 다르다.

다시 말하면, 주 제어기(3)로부터 출력되는 신호를 RF 송신기(72)에 입력시켜 소정의 주파수 및 세기로 송출한 다음 RF 수신기(71)를 통하여 그 신호를 수신하여 제어 센터(1) RS-232 신호로 변환하여 입력시킴으로써 광범위한 범위에 걸쳐 있는 폐쇄 구역 내의 환경 상태를 감시할 수 있게 하였다.

끝으로, 국소적인 폐쇄 구역의 환경 상태를 감시하기 위한 것으로 작은 범위의 폐쇄 구역의 환경 감시 장치는 다수의 센서(68∼69)를 통하여 환경 상태를 감지하여 센서 제어기(54)에 의해 데이터가 통합되어 RS-485/RS-232 변환기(8)에 의해 RS-232 신호로 변화되어 제어 센터(1)로 입력되어 처리된다

상기한 바와 같이 구성되어 작용하는 본 발명에 따른 폐쇄 구역의 환경 감시 장치 및 그 방법은 폐쇄 구역 내의 공기 중에 함유된 가연성 가스의 농도, 인체에 유해한 유독성 가스의 농도, 그리고 온도 및 습도 등에 대한 정보를 연속적으로 감시함으로써 폐쇄 구역 내의 사고 발생을 사전에 방지해 주는 효과를 제공한다.

Claims (11)

1. 환경적으로 폐쇄되어 있는 구역의 제 환경 요소를 감시하는 장치에 있어서, 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스의 상태를 감지하여 소정의 신호 형태로 출력하는 다수의 센서(60∼67)와; 상기한 다수의 센서(60∼67)에 의하여 감지되어 출력되는 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 가스의 상태에 대한 데이터를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 다수의 센서 제어기(50∼53)와; 상기한 다수의 센서 제어기(50∼53)부터 출력되는 신호를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 다수의 부 제어기(40∼41)와; 상기한 다수의 부 제어기(40∼41)로 출력되는 신호를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 주 제어기(3)와; 상기한 주 제어기(3)부터 출력되는 소정의 신호를 입력받아 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스의 상태를 파악하여 그 정도에 따라 경보를 발생시켜 주는 제어 센터(1)와; 상기한 제어 센터(1)로부터 경보 신호가 출력되면 그 신호를 입력받아 폐쇄 구역이 위험한 상태임을 알려 주는 경보 시스템(2)과; 상기한 제어 센터(1)의 제어를 받아 폐쇄 구역 내의 환경 상태에 대한 결과를 인쇄해 주는 프린터로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치.
2. 환경적으로 폐쇄되어 있는 구역이 광범위한 지역에 걸쳐 분포되어 있는 여러 폐쇄 구역의 제 환경 요소를 감시하는 장치에 있어서, 무선 방식에 의한 폐쇄 구역 의 환경 감시 장치의 구성은 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스의 상태를 감지하여 소정의 신호 형태로 출력하는 다수의 센서(60∼67)와; 상기한 다수의 센서(60∼67)에 의하여 감지되어 출력되는 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 가스의 상태에 대한 데이터를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 다수의 센서 제어기 (50∼53)와; 상기한 다수의 센서 제어기 (50∼53)부터 출력되는 신호를 입력받아 소정의 형태로 출력해주는 다수의 부 제어기(40∼41)와; 상기한 다수의 부 제어기(40∼41)로 출력되는 신호를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 주 제어기(3)와; 상기한 주 제어기(3)부터 출력되는 소정의 신호를 입력받아 무선 신호로 변환하여 송출하는 RF송신기(72)와; RF 송신기(72)에 의해 송출된 무선 신호를 수신하여 출력하는 RF수신기(71)와; 상기한 RF 수신기(71)에 의해 수신된 신호를 입력받아 상기한 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스의 상태를 파악하여 그 정도에 따라 경보를 발생시켜 주는 제어 센터(1)와; 상기한 제어 센터(1)로부터 경보 신호가 출력되면 그 신호를 입력받아 폐쇄 구역이 위험한 상태임을 알려 주는 경보 시스템(2)과; 상기한 제어 센터(1)의 제어를 받아 폐쇄 구역 내의 환경 상태에 대한 결과를 인쇄해 주는 프린터로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치.
3. 환경적으로 고립되어 있는 폐쇄 구역의 제 환경 요소를 감시하는 방법에 있어서, 폐쇄 구역 내의 각종 유해 가스의 농도와 온도 및 습도 등을 센서를 이용하여 감지하는 제1단계(S1)와; 상기한 제1단계에서 감지한 환경 요소의 데이터를 취합하여 소정 방식의 통신 선로를 이용하여 데이터 처리 장치가 설치되어 있는 곳으로 송출하는 제2단계(S2)와; 상기한 제2단계에서 송출된 데이터를 입력받아 적정 환경을 유지할 때의 기준 데이터와 비교하는 제3단계(S3)와; 상기한 제3단계에서 비교한 결과, 측정된 데이터가 적절한 환경을 유지할 수 있는 허용 범위를 벗어나면 그 지역 및 제어 센터에 설치된 경보 장치를 통하여 경보를 발생하는 제4단계(S4)와; 상기한 제4단계에서 경보가 발생되면 경보가 발생된 지역의 환경을 조사하여 환경 위해 원인을 제거하는 제5단계(S5)로 이루어져, 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스 상태를 감시하여 인간의 활동에 적절한 환경을 유지해 주는 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 제어방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폐쇄 구역 내의 제 환경 요소를 감지하는 센서(60∼69)중에서, 가스의 존재 유무를 감지하는 센서는 SnO_2,Fe₂O_3,ZnO₂계열의 반도체 가스 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폐쇄 구역 내의 제 환경 요소를 감지하는 센서(60∼69)중에서, 폐쇄 구역 내의 온도를 감지하기 위하여 써미스터로 이루어진 온도 센서인 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폐쇄 구역 내의 제 환경 요소를 감지하는 센서(60∼69)중에서, 폐쇄 구역 내의 습도를 감지하기 위하여 습도 센서로 이루어진 것을 특징으로 폐쇄 구역의 환경 감시 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 주 제어기(3)와 제어 센터(1)간의 통신 방식은 광 섬유와, 그 양단에 연결된 광 모뎀으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 주 제어기(3)와 제어 센터(1)간의 통신 방식은 무선 방식으로 주 제어기(3)의 출력 단에 연결되어 신호를 무선 신호로 변환하여 송출하는 RF 송신기(72)와, 제어 센터(1)의 입력 단에 연결되어 무선 신호를 수신하여 소정의 신호 형태로 출력하는 RF 수신기(71)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도의 각종 가스의 상태를 감지하여 소정의 신호 형태로 출력하는 다수의 센서(68∼69)와; 상기한 다수의 센서(68∼69)에 의하여 감지되어 출력되는 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 가스의 상태에 대한 데이터를 입력받아 소정의 신호 형태로 출력해 주는 다수의 센서 제어기 (54)와; 소정의 신호를 입력받아 폐쇄 구역 내의 온도 및 습도와 각종 가스의 상태를 파악하여 그 정도에 따라 경보를 발생시켜 주는 제어센터(1)와' 상기한 제어 센터(1)로부터 경보 신호가 출력되면 그 신호를 입력받아 폐쇄 구역이 위험한 상태임을 알려 주는 경보 시스템(2)과; 상기한 제어 센터(1)의 제어를 받아 폐쇄 구역 내의 환경 상태에 대한 결과를 인쇄해 주는 프린터(도면에 미 도시 함.)로 구성된 폐쇄 구역 환경 감시 장치에 있어서, 상기한 센서 제어기(54)와 제어 센터(1)간에는 센서 제어기(50∼53)로부터 출력되는 소정 형태의 신호를 다른 신호 형태로 변환하여 출력해 주는 신호 변환기(8)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 센서 제어기(50∼54)로부터 출력되는 신호의 형태는 RS-232 신호 형태인 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 제어 센터(1)에 입력되는 신호의 형태는 RS-485 신호 형태인 것을 특징으로 하는 폐쇄 구역의 환경 감시 장치.