KR100216047B1 - 유해물질 탐지기 - Google Patents

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최준국
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Abstract

본 발명은 차량이나 실외의 유해물질을 감지하는 탐지기(프로브)에 관한 것으로, 필터(filter)가 들어 있는 공기 통로를 거쳐서 주위 공기와 접촉되고 전자 측정회로에 이용하는 센서(sensor)가 끼워지는 케이스(case)를 갖추고, 상기 센서는 측정회로가 있는 전자 회로판(10)의 연결부(18)에 설치되어 케이스 덮개(24)의 구멍(44)이 있는 챔버(空洞)(38) 안으로 돌출해 있고, 이 챔버(空洞)의 구멍들이 필터(46)를 갖추고 있고, 연결부(18)에 외부 및 내부 공기 구멍(58a, 58b) 사이에서 미로식(迷路式)으로 진행하는 통로(52) 형태로 만들어진 케이스 캡(cap)(50)이 얹혀 있으며, 특히 차량에 이용하는 것을 특징으로 하는 유해물질이 탐지기에 관한 것이다.

Description

유해물질 탐지기
본 발명은 차량이나 실외의 유해물질(예; 가스)을 감지하는 탐지기(프로브)에 관한 것으로, 특히, 조립 기술상으로 장점이 있을 뿐만 아니라 공기 중의 유해물질 성분에 대해 신속하게 반응함으로써 작동상태가 우수한 케이스를 갖춘 유해물질 탐지기에 관한 것이다.
DE 44 14 594에는 특히 차량용 통기(通氣)에 이용하여 유해물질에 따라 통기를 조정할 목적으로 만든 센서가 공개되어 있는데, 여기에서는 공기 중에 들어 있는 유해물질을 탐지하기 위해서 이산화아연 기체 센서가 설치되어 있다. 특정한 측정 방법을 이용해서 주위 공기에서 휘발유 차량뿐만 아니라 디젤 차량의 배기 가스가 확인되어, 일정한 농도(濃度)를 초과할 때에는 이러한 센서를 부착한 승용차의 통기 장치가 자동적으로 외부 공기를 환기된 공기로 바꾸어 준다. 이렇게 자동으로 통기를 변환하는 것이 고급 승용차에는 이미 보급되어 있다. BMW 회사에서는 센서가 금속 격자로 씌워진 캡술(capsule) 안에 들어 있는 탐지기(프로브)를 이용한다. 이 캡술 자체는 케이스 내붕서 양모(羊毛) 필터 뒤에 배치되고, 이 양모 필터를 통해서 주위 공기가 센서에 도달한다. 그러나 여기서 고체 미세입자(微細粒子)는 그대로 남아 있게 되어 감지의 정밀도를 떨어뜨린다.
Bosch 회사의 탐지기는 휘발유 배기 가스와 디젤 배기 가스에 대해 분리된 2개의 센서를 이용해서 작동한다. 이 센서들은 기체를 통과시키는 테프론(Teflon)통으로 에워싸여 있고, 이 통 자체는 공기 구멍이 있는 금속 통에 들어 있다. 이 통들은 다시 전자 측정장치가 들어 있는 케이스 안에 고정되어 있다. 이 전자 측정장치가 통풍기를 조정하기 위한 신호를 보낸다. 그러나, 이는 2개의 센서를 이용하기 때문에 탐지기의 복잡함과 비용이 증가되는 단점이 있다.
본 발명의 과제는, 조립 기술상으로 장점이 있을 뿐만 아니라 공기 중의 유해물질 성분에 대해 신속하게 반응함으로서 극대 작동상태가 우수한 케이스를 갖춘 유해물질 탐지기를 만드는 데 그 바탕을 두고 있다.
센서가 들어가는 챔버(空洞)를 케이스 덮개에 배치함으로써, 소형이면서 쓸모 있고 견고한 구조를 이루게 되는데, 이 구조에서는 센서가 독자적인 소형 전자 회로판에 배치하여 이 회로판을 납땜접합점을 거쳐 주(主) 회로판에 연결하는 것이 가능하기는 하지만, 특히 연결부가 전자 회로판 자체의 일부가 될 때, 센서가 측정 회로를 갖춘 전자 회로판의 연결부에 배치됨으로써, 센서가 안전하고 예민하지 않게 측정 회로와 전기적으로 연결되는 장점이 있다.
이 주 회로판이 케이스 안으로 끼워지는데, 여기서 센서가 케이스 밖으로 솟아나 있어 케이스 덮개가 얹혀질 때 케이스 덮개의 챔버 안으로 들어간다. 그 다음에 덮개에 구멍을 통해서 케이스는 응고성 액체 합성수지로 채워지고, 이 액체 합성수지가 응고된 후에 덮개가 잘 고장된다. 그래서 케이스 내부는 전자 회로와 밀봉되지만, 챔버 안에 있는 센서는 이 밀봉된 부분 밖에 위치하게 된다.
가령 차량의 엔진 내부 공간에 들어갈 수 있는 공기 중의 미세입자로부터 센서를 막아 주기 위해서 센서가 필터에 의해 보호받고 있는데, 이 필터는 소위 통상적인 패드(pad) 형태로 만들어진 적층재(積層材) 종류의 구조로 되어 있다. 여기서는 고레텍스 지지직물(支持織物)(Goretexgewebe 주:독어)로 된 복합재(複合材)를 사용해서 만든 박판(薄板)이 중요한데, 이 박파은 얇은 테프론 막이 씌어져 있어서 기체는 통과시키지만 습기는 통과시키지 않는다.
본 개선책의 유리한 형태에 따라서, 이 필터 박판에는 금속 편물(金屬編物)이나 금속 직물(金屬織物)이 제3의 층으로 외부 쪽에 씌어져 있다. 그런데, 이 제3의 층은 예미난 박판과 거친 필터를 기계적으로 보호하는데 이용될 뿐만 아니라, 센서의 온도 변화가 공기중의 유해물질과 무관한 오류 신호를 야기시키는 것을 방지하기 위해서, 이 금속 편물이 가동 온도까지 가열된 센서를 열에 의한 관성(熱慣性)을 이용해 외부 온도로부터 차단시킨다.
금속편물과 다른 양쪽 복합재층들의 접촉이 긴밀할수록 이 온도 차폐(차폐遮蔽)가 더 좋아지는 것으로 나타났다. 이미 언급한 복합재인 테프론이나 코레텍스 직물(Gretexgewebe)에서 찍어 낸 박판, 즉 위에서 언급한 패드는 가장자리를 접착시킴으로써 비교적 아무런 문제없이 센서가 있는 챔버(空洞)의 측면 구멍들 위에 놓여질 수 있다. 제조 기술상으로 볼 때, 한 띠의 금속 편물을 U자형으로 휘게 하여 챔버 주위에 빙둘러 있도록 하는 것이 유리한데, 이렇게 되면 양쪽의 U자 다리가 복합재 박판 위에 놓이고 케이스 캡이 얹혀질 때 단단히 눌려진다.
센서가 들어가는 챔버에 대해서 케이스가 확실하게 밀폐되도록 하기 위해서, 본 발명의 합리적인 형태에서는 케이스 덮개 내부에 구멍을 챔버쪽으로 에워 싼 밴드가 갖어져 있다. 여기서, 이 밴드가 덮개에 의해 응고성 액체 합성수지면 안으로 잠기는데, 전자 회로판 연결부가 이 합성수지면으로부터 돌출해 있다.
이런 방법으로 해서 챔버(空洞)의 횡당면이 케이스 쪽에서 응고성 액체 합성수지에 의해 밀폐되는데, 이때 밴드의 높이에 의해 만일의 경우에 생길 충전 허용 오차(充塡許容誤差), 즉 응고성 액체 합성수지 수평면의 높이가 고르게 된다. 그래서 대략 케이스 상부에 남아 있는 공기 공간은 밴드에 의해 챔버으로부터 분리되어 이 방식에 의해 항상 규정 체적을 유지한다. 또한, 덮개가 케이스와 케이스 내부의 밀봉부(密封部)에 확실하게 고정되도록 하기 위해서 덮개에 설치된 가장자리 플랜지가 이용되는데, 이 플랜지는 케이스 벽을 스치면서 케이스 안으로 돌출하여 응고성 물질로 에워싸인다. 이 응고성 물질이 응고한 뒤에 이 가장자리 플랜지가 응고성 물질에 의해 덮개와 함께 고정된다. 케이스 덮개 안에 있는 챔버(空洞)의 양쪽에 합리적으로 갖추어진 구멍에 의해 응고성 액체 합성수지가 채워지고, 케이스로부터 공기가 빠져 나간다.
한편으로는 챔버 내에 있는 센서에 주위 공기가 도달하게 하고, 다른 한편으로는 분사되는 물처럼 차량의 엔진 내부 공간에 있는 거친 환경 조건들로 부터 더 잘 보호하기 위해서, 챔버의 케이스 캡으로 씌어져 있어서 유리하다. 이 케이스 캡의 내부가 미로식(迷路式)통로 시스템에 의해 그 외부면과 연결되어 있어서 주위 공기가 이 미로를 통해서 가능한 한 방해를 받지 않고 센서에 도달할 수 있지만, 분사(噴射)되는 물 등은 이 미로에 의해 접근하지 못한다. 또한, 이 미로 장치는 센서가 있는 챔버(空洞)의 내부 공간과 주위 사이의 단열(斷熱)도 관리한다. 이런 미로 시스템은 케이스 캡을 이중벽(二重壁)으로 실행함으로써 합리적으로 실현될 수 있다. 여기서 내벽과 외벽 사이에 있는 중간 공간이 통로를 형성하는데, 이 통로는 내벽과 외벽에 서로 위치가 다르게 배치된 구멍들 사이로 진행한다. 내벽의 내부면은 캡이 챔버 위에 얹혀져서 챔버의 외부면에서 뻗어나 확실하게 고정되도록 만들어져 있다. 내벽과 외벽을 서로 고정시키기 위해서 연결 프레임(frame)이 합리적으로 갖추어져 있다. 이 연결 프레임이 축(軸) 방향으로 진행하고 내벽과 외벽 안에 있는 공기 구멍들을 종방향(從方向) 슬롯(slot)으로 만드는 것이 분사(噴射) 기술상으로 볼 때 유리하다. 케이스와 케이스 덮개와 캡은 주로 합성수지 재료를 이용해 분사주조(噴射鑄造) 방법으로 제작한다.
센서에는 환원(還元)하는 기체뿐만 아니라 산화(酸化)하는 기체까지 탐지할 수 있는 적절한 기동 온도로 가열되는 이산화아연 물질이 특히 저합한데, 이것은 서두에 언급한 공개 문서에서 실행되는 바와 같다.
제1도는 본 발명에 의한 전자 회로판이 끼워져 있는 센서 케이스의 구성도.
제2a도는 케이스 덮개의 측면 상세도.
제2b도는 케이스 덮개의 평면 상세도.
제3a도는 케이스 캡의 측면상세도.
제3b도는 케이스 캡의 평면상세도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 케이스 4, 6 : 고정 접합판
8 : 측면유도궤선 10 : 전자회로판
12 : 케이블 21 : 센서
24 : 케이스덮개 26 : 플랜지
38 : 챔버 36, 40-44, 58a, b : 구멍
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세힌 설명하면 다음과 같다.
제1도에 따르면, 케이스 2는 2개의 고정 접합판 4와 6을 갖추고 있는데, 이 고정 접합판 4와 6을 이용해서 차량의 적절한 위치에 고정시킬 수 이다. 케이스 2의 내부에는 여기서 개별적으로 식별할 수 없는 전자 측정회로 부품들과 함께 전자 회로판 10이 측면 유도 궤선(誘導軌線) 8 안에 들어 있다. 이 전자 회로판 10과 케이블 12의 형태로 된 전선이 연결되어 있는데, 이 케이블 12는 케이블 지지 장치 14를 통해서 케이스 2의 밖으로 나와 차량의 환기 및 공기를 조절장치를 위해서 이용하는 제어 회로와 연결된다. 반대편쪽에서는 평소의 경우에 전체 면이 막혀 있을 케이스가 열려 있어서, 전자 회로판 10이 끼워질 수 있는데, 이대 전자 회로판 10이 한계점(스토퍼) 16에 닿을 때까지 유도 궤선 8 사이에서 유도된다. 이렇게 되면, 센서 21을 위해 인입구 20과 함께 만들어진 연결부 18만이 돌출해 있다. 연결부 18에 4개의 전도체 궤선 22가 있음을 알수 있다. 필수 가동 온도를 얻기 위해 이용되는 열 부품 및 출력 신호에 이용되는 연결부품과 함께 센서가 이 전도체 궤선에 연결되어 있다. 연결부 18은 대략 독자적인 소형 센서 회로판으로 만들어질 수 있는데, 이 소형 센서 회로판은 주 회로판 10과 기계적으로 그리고 전기적으로 연결되어 있다. 그러나 연결 18은 전자 회로판 자체의 일부가 될 수도 있다.
덮개 가장자리 28이 케이스 모서리에 놓일 때가지 선회 케이스 플랜지 26이 케이스 안으로 밀려들어 가는 동안에, 케이스 2의 열려진 부분이 도 2a에 나타난 케이스 덮개 24에 의해 닫혀진다. 또한, 직사각형 테두리 모양으로된 밀폐 장치 30을 볼 수 있는데, 이 밀폐 장치는 회로판 연결부 18 위에 맞도록 되어 있으면서 상응하는 오목한 부분 32에 끼워지도록 되어 있다. 그리고 이 오목한 부부은 케이스 덮개의 내부로 돌출한 선회 밴드 34로 만들어진다. 밀폐 장치 30이 한편으로는 전자 회로판 연결부 18의 횡단면과 챔버(空洞) 38에 있는 구멍 36의 횡단면(橫斷面) 사이의 허용 오차를 조정하기 위해서 이용되는데, 완전하게 조립된 상태에서는 센서 21을 갖춘 전자 회로판 18이 이 챔버 안으로 들어 가게 된다. 밀폐 장치는 다른 한편으로는 연결부 18을 전자 회로판 10과 납땜을 할 때 증기(蒸氣)로부터 센서를 보호하는데 이용된다. 케이스 덮개 24의 선회 케이스 플랜지 26에는 구멍 40이 있는데, 센서 케이스가 밀폐되면서 응고성 액체 합성수지로 채워질 때 이 구멍도 응고성 액체 합성수지로 채워지기 때문에, 케이스 덮개 24가 케이스2와 확실하게 접합한다. 응고성 액체 합성수지를 채우기 위해서 또는 응고성 액체 합성수지를 채우는 작업을 할 때 공기가 빠져 나가도록 하기 위해서 덮개면에 있는 다른 2개의 구멍 42가 이용된다. 이미 언급한 챔버 38에는 횡단면이 직사각형인 연결부 18이 끼워지도록 만들어져서 챔버(空洞)의 양쪽 큰 측면에 서로 마주 놓인 구멍 44가 있다. 그리고 이 구멍들은 센서 21에 이용되는 인입구 20과 일직선상에 놓여 있어서, 주위 공기가 센서에 도달할 수 있다. 오염을 방지하기 위해서 구멍 44의 양쪽이 필터 46으로 씌워져 있는데, 이 필터는 구멍 44를 에워 싼 홈 48 안으로 들어가서 그곳에 고정된다. 이때, 예를 들어 이 필터 46을 홈 48 안으로 접착시킬 수 있다.
필터는 통상적인 복합재에서 박판으로 찍어 내는데, 이 박판은 얇은 테프론막이 덧씌워진 고레텍스 지지직물을 적층재로 만든 것이다. 여기서 테프론 소재가 신전(伸展)되면, 이 소재의 통기성 (通氣性)은 공기가 센서에 도달할 수 있도록 하는 데 충분하다. 이 복합재는 습기가 센서에 접근하는 것을 막아 주는 반면에, 기체는 센서까지 들어 가도록 해 준다. 또한, 필터의 최외부층(最外部層)으로 금속 편물이나 금속 직물을 갖출 수 있는데, 이것들은 필터 박판의 투과성(透過性)에 악영향을 미치는 미세입자가 필터 박판에 접근하지 못하도록 한다. 두겹 적층재로 만들어진 필터 박판이 홈 48 안에 고정되어 테프론 면(面)이 센서 쪽을 향하고 있는 반면에, 직물 띠로 만들어진 금속 편물이 챔버 38의 모서리 위에 빙둘러 놓여 있어서, 양쪽의 박판이 씌어진다. 그래서 제3a도에서 볼 수 있는 캡 50이 얹혀지면, 직무이 제 자리에 유지된다. 필터를 이런 방식으로 구성함으로써, 특별히 삼겹 복합재를 만들 필요가 없이 통상적인 복합재와 금속 편물을 이용할 수 있는 장점이 있다.
제3a도와 도3b도에서 나타난 케이스 캡 50은, 캡의 내부와 미로같은 공기 통로 로 52를 보여 주는 제3도에서와 같은 내부 구조를 가지고 있다. 이 공기 통로는 외벽 54와 내벽 56을 가진 케이스 캡의 이중벽 형태로 만들어진다. 외벽에는 설명된 실행 사례에서 볼 수 있듯이 사면(四面) 모두에 슬롯(slot) 형태의 구멍 58a가 있는데, 이 구멍을 통해서 주위 공기가 통로 52 안으로 들어 갈 수 있다. 내벽에는 슬롯 종류의 구멍 58b가 있는데, 이 구멍은 구멍 58a에 대해서 위치에 바꾸어 배치된다. 그래서 공기가 직통이 아니라 미로식으로 통로 52를 통해서 구멍 58a로부터 구멍 58b에 흘러 간 다음에, 비로소 이곳으로부터 다시 필터 46을 거쳐서 최종적으로 구멍 44를 통해서 센서에 도달한다. 이러한 방식으로 공기가 유도됨으로써, 챔버(空洞)의 내부와 주위 사이의 단열이 확실해진다. 따라서, 외부 공기의 온도가 변화할 때에도 센서의 작동온도가 불변 상태로 유지되는데, 이것은 센서에 장애 신호가 발생하는 것을 방지하는 데 필요하다. 양쪽 벽을 더 낮게 고정시키기 위해서, 이 벽들이 연결 프레임(frame)을 거쳐서 서로 연결되어 있다.
제3b도에서 점이 찍힌 양쪽 선으로 채워진 케이스 덮개 24의 내부면 직사각형은 챔버 38의 외부 횡단면과 일치해서, 덮개가 얹혀지도록 유도된다. 또한, 제2a도에서는 챔버 38의 양쪽에 정지 장치 60이 있음을 알 수 있는데, 이 정지 장치는 케이스 덮개의 좁은 면에 통로 52 안으로 돌출해 들어가서, 캡이 케이스 덮개 위의 최종 위치에 도달하면, 여기서 나타나 있지 않은 캡의 내부 돌출부 뒤에서 맞물려 고정된다.
조립할 때에는, 케이블 12가 케이블 지지 장치를 빠져 나오는 가운데 완성된 전자 회로판 10이 유도 궤선 8 사이로 케이스 2 안으로 밀려들어 간 다음에, 케이스 덮개 24가 플랜지 26과 함께 케이스 안으로 보내져 덮개 가장자리 28이 케이스 모서리에 놓일 때까지 단단히 눌려진다. 그런 다음에, 케이스가 채워질 때가지 구멍 42 중 어느 한 구멍을 통해서 응고성 액체 합성 수지가 채워지고, 이때 전체의 전자 회로판이 그 구성 부품들과 함께 완전히 채워진다. 여기서 처음에 케이스 안에 있던 공기를 다른 구멍 42를 통해서도 빠져 나간다. 선회 밴드 34와 밀폐 장치 30이 응고성 액체 합성수지면에 잠겨서 채워진 모든 부분들이 케이스 덮개까지 확실하게 밀봉되도록 한다. 액체 합성수지가 완전히 응고되고, 필터 박판 46이 이미 언급한 금속 편물로 씌어진 후에 케이스 캡 50이 얹혀지고 정지 장치 60가 고정될 때까지 눌려진다. 이렇게 함으로써 조립은 끝나고, 최종적으로 센서를 테스트할 수 있다.
본 발명에 의한 가스 탐지기는, 조립 기술상으로 장점이 있을 뿐만 아니라 공기 중의 유해무질 성분에 대해 신속하게 반응함으로써 극대 작동상태가 우수한 케이스를 갖춘 유해물질 탐지기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 필터(filter)가 들어 있는 공기 통로를 거쳐서 주위 공기와 접촉되고 전자 측정회로에 이용하는 센서(sensor)가 끼워지고 케이스(case)를 갖추고, 상기 센서는 측정회로가 있는 전자 회로판(10)의 연결부(18)에 설치되어 케이스 덮개(24)의 구멍(44)이 있는 챔버(空洞) (38) 안으로 돌출해 있고, 이 챔버(空洞)의 구멍들이 필터(46)를 갖추고 있고, 연결부(18)에 외부 및 내부 공기 구멍(58a, 58b) 사이에서 미로식(迷路式)으로 진행하는 통로(52) 형태로 만들어진 케이스 캡(cap)(50)이 얹혀 있으며, 차량에 이용하는 것을 특징으로 하는 유해물질 탐지기.
  2. 상기 제1항에 있어서, 케이스 덮개(24)가 비어 있는 케이스 면에 얹혀질 수 있고, 이 케이스 덮개로부터 외부 쪽으로 돌출한 챔버(38)는 센서를 편평하게 끼울 수 있도록 만들어져 있고, 챔버(24)의 보다 큰 측면에서 센서의 양쪽에 구멍(44)이 만들어져 있는 것을 특징으로 하는 탐지기.
  3. 상기 제2항에 있어서, 챔버(空洞)의 벽이 덮개면을 거쳐서 내부로 진행하여 챔버의 횡단면을 빙둘러 경계짓는 밴드(band)(34)를 이루고, 이 밴드가 전자 회로판(10)이 있는 케이스(2)를 채우고 응고성 액체 물질에 잠기는 것을 특징으로 하는 탐지기.
  4. 상기 제3항에 있어서, 밴드(34)와 전자 회로판 접속부(18) 사이에 밀폐 장치(30)가 갖추어진 것을 특징으로 하는 탐지기.
  5. 상기 제3항에 있어서, 덮개 케이스(24)가 그 가장자리에 선회(旋回) 플랜지(flange)(26)를 갖추고 있고, 이 선회 플랜지가 케이스(2) 안으로 돌출해서 케이스 벽에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 탐지기.
  6. 상기 제1항 내지 제5항 중 어느한 항에 있어서, 케이스 덮개(24)가 챔버(空洞)(38)의 양쪽에 구멍(42)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 탐지기.
  7. 상기 제1항 내지 제5항 중 어느한 항에 있어서, 필터(46)가 지지 직물층(支持織物層)으로 된 박판(薄板)으로 만들어지고, 기체를 통과시키는 합성수지 물질로 된 얇은 막이 덧씌어진 것을 특징으로 하는 탐지기.
  8. 상기 제1항 내지 제5항 중 어느한 항에 있어서, 필터 박판에 외부 쪽으로 금속 편물(金屬編物)이 씌어진 것을 특징으로 하는 탐지기.
  9. 상기 제1항에 있어서, 케이스 캡(50)이 이중벽으로 만들어지고, 내벽(54)의 공기 구멍(58a)이 외벽(56)의 공기 구멍(58b)에 대해서 위치를 바꾸어 배치된 것을 특징으로 하는 탐지기.
  10. 상기 제9항에 있어서, 최소한 하나의 챔버(38)와 케이스 캡(50)에 직사각형 단면이 있고, 4개의 외벽면에 공기 슬롯(slot)(공기 구멍 58a)이 각각 하나씩 있는 반면에, 양쪽의 긴 내면벽에는 공기 슬롯(공기 구멍 58b)이 각각 2개씩 있는 것을 특징으로 하는 탐지기.
  11. 상기 제10항에 있어서, 내벽(56)과 외벽(54) 사이에 정지 장치(62)가 뻗어나 있는 것을 특징으로 하는 탐지기.
  12. 상기 제1항에 있어서, 센서가 산화 금속(酸化金屬) 센서, 특히 이산화아연(二酸化亞鉛) 센서인 것을 특징으로 하는 탐지기.
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