KR100925383B1 - Oled용 글러브 박스 - Google Patents

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KR100925383B1
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(주)고려기연
이철재
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Abstract

본 발명은 실험실 내에서 사용하는 글러브 박스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부로 돌출된 글러브를 착용하여 외부와 차단된 챔버 내에 손을 집어넣어 다양한 실험을 수행할 수 있는 글러브 박스에 관한 것이다.
글러브 박스, 온도센서, 압력센서, 수분제어, 입자제거, 냉각기, 해저드밸브, 챔버, 서브챔버

Description

OLED용 글러브 박스{GLOVE BOX FOR DEVELOPING OLED}
본 발명은 실험실 내에서 사용하는 글러브 박스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부로 돌출된 글러브를 착용하여 외부와 차단된 챔버 내에 손을 집어넣어 다양한 실험을 수행할 수 있는 글러브 박스에 관한 것이다.
글러브 박스는 외부와 차단되어 밀폐된 챔버 내에 특정한 환경을 유지하도록 하면서, 챔버 외부에서 사용자가 챔버와 일체로 연결되고 외부로 돌출된 글러브를 착용하여, 챔버 내부에 접근할 수 있도록 하는 실험용 장비이다. 사용자의 주작업 공간인 챔버의 일면은 외부에서 작업현황을 볼 수 있도록 투명한 재질로 제작된다. 따라서, 사용자는 인체에 유해한 환경하에서 수행해야 하는 실험이라고 하더라도, 유해한 환경에 노출될 염려없이 글러브를 통해 챔버 내부에 접근하여 다양한 실험을 수행할 수 있게 된다. 또한, 글러브 박스는 인체의 유해물질에 대한 노출을 방지하는 측면에서 유리할 뿐만이 아니라, 글러브 박스의 챔버가 외부와 완전히 차단됨으로써 내부의 실험환경이 그대로 유지될 수 있어서 보다 정밀하고 오차가 없는 실험결과 및 데이터를 얻을 수 있다. 특히 반응성이 좋은 활성기체를 제거하고 불순물 입자를 포집하여 챔버 내부가 원하는 조건의 환경이 되도록 하여, 안정된 실 험을 수행할 수 있도록 한다.
현재 외부와 차단된 환경 하에서 실험을 수행해야 하는 원자력, 의약, 화학, 및 생명공학 분야 등에서 널리 사용되고 있으며, 특히, OLED 및 태양전지 개발 시에 사용된다.
상기한대로 글러브 박스의 일반적인 용도는 인체에 유해한 환경 하에서 수행해야 하는 실험에 있어서, 실험자가 유해한 환경에 노출되지 않도록 하는 것이다. 따라서 대개 글러브 박스의 주작업 공간인 챔버 내에는 인체에 유해한 가스 등의 물질이 포함될 수 있다. 따라서, 유해가스가 외부로 유출되지 않도록 철저하게 차단하는 것이 필요하다. 또한, 폭발성 기체가 일정 압력 이상이 될 때까지 계속적으로 챔버 내에 유입될 경우, 폭발사고 등의 위험성이 있기 때문에 안전한 실험을 수행하고 실험자를 보호할 수 있도록 압력을 낮출 수 있는 적절한 안전 수단이 필요하게 된다.
또한, 글러브 박스는 외부와 밀폐된 공간이기 때문에 온도변화에 민감하게 된다. 즉, 한정된 공간 내에서 핫플레이트 등의 장비를 사용하는 경우 열이 발산될 공간이 없기 때문에 챔버 내의 온도가 급격하게 상승하게 된다. 그러나 일반적인 글러브 박스는 일정한 온도 범위 내에서 작업할 수 있도록 제작되기 때문에, 고온 상태의 작업 후에는 다시 온도를 냉각시켜야 할 필요성이 있다. 종래의 글러브 박스는 이러한 냉각 수단으로서 물을 사용한다. 물은 비열이 커서 많은 열을 빼앗을 수 있으나 냉각속도가 느리고, 글러브 박스 내의 온도를 물보다 더 저온으로 할 수는 없다는 문제점이 있다.
또한, 예를 들어 OLED 또는 태양전지와 같은 제품을 연구하는 경우, 글러브 박스 내에 휘발성 물질이 발생하게 된다. 이러한 휘발성 물질은 실험시에 치명적인 문제를 발생시킬 소지가 있어서, 종래의 글러브 박스는 이를 제거하는 솔벤트 트랩을 설치하여 휘발성 물질을 제거하고 있으나, 실제로 휘발성 물질이 얼마나 포함되어 있는지 농도를 알 수 없으므로 정밀한 실험을 진행하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
마지막으로, 보다 정밀한 작업을 위해서 글러브 박스는 챔버 내에 먼지 또는 이물질 등의 파티클이 일정 수준 이하로 유지되어야 한다. 따라서, 파티클을 제거하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다. 그러나, 글러브 박스 내에서 OLED 등의 세밀한 작업이 필요한 제품의 개발에 장애가 될 수 있는 매우 미세한 크기의 입자는 제거하기 어렵다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 본원 발명에 따른 글러브 박스가 제안되었다. 먼저 본원 발명에 따른 글러브 박스는 챔버를 구비한다. 챔버는 실제로 실험자가 실험을 수행하는 공간으로서, 외부와 차단되어 있다. 챔버의 형상에는 제한이 없다.
챔버는 외부에 있는 사용자가 손을 넣어서 챔버 내부에 접근할 수 있도록, 일면에 글러브를 포함할 수 있다. 글러브는 챔버의 일면에 형성된 구멍을 통해서 챔버 내부로 돌출되어 있으며, 챔버에 형성된 구멍과 글러브 사이의 공간은 O-링 등으로 밀봉되어 챔버 외부와 내부가 단절되도록 한다. 구멍과 글러브의 입구가 일체로 고정되도록 하여, 사용자가 구멍에 손을 집어넣으면 자연스럽게 글러브를 착용할 수 있도록 설계되어 있다. 따라서 사용자는 글러브를 착용한 상태로 챔버 내 부에 접근이 가능하여 필요한 작업을 안전하게 수행할 수 있다.
바람직하게 챔버의 다른 일면에는 외부와 연결된 서브챔버를 구비할 수 있다. 서브챔버는 외부와 연결되는 공간으로서, 내부 또는 외부에서 개폐할 수 있는 도어를 구비할 수 있다. 바람직하게 챔버와 서브챔버 사이에 내부에서도 개폐가 가능한 내부도어를 구비하고 서브챔버와 외부 사이에 외부도어를 구비하여 2중 도어 구조를 가질 수 있다. 도어의 개폐는 선택에 따라 전자적으로 작동가능하도록 자동개폐식 도어일 수도 있다.
챔버의 일부는 펌프와 배출관으로 연결될 수 있다. 글러브 박스는 다양한 실험조건을 만들 수 있어야 하며, 특히 가스의 압력 설정이 중요하다. 실험에 필요한 가스의 주입량이 많아서 압력이 설정범위를 벗어나는 경우에는 펌프를 작동시켜 배출관으로 통해 가스를 배출하여 압력을 조절하게 된다.
반대로, 실험에 필요한 기체를 챔버에 주입하기 위해, 챔버는 공급관을 통해서 외부의 가스탱크와 연결될 수 있다. 때에 따라서는 인체에 유해한 기체 하에서 실험이 진행되어야 할 경우도 발생하게 되며, 이 때, 글러브 박스에 기체를 주입하여 외부로 유해가스가 유출되는 일 없이 사용자가 안전한 상태로 실험할 수 있다.
본 발명에 따른 글러브 박스는 압력센서, 해저드 밸브, 및 압력제어장치를 더 구비할 수 있다. 바람직하게 압력센서는 챔버의 내부 또는 외부에 위치하여 챔버 내의 압력을 측정할 수 있다. 일반적으로, 압력센서는 챔버 내의 압력이 압력제어장치를 통해 사용자가 설정한 압력범위에 있는지 측정하고 압력이 부족할 경우, 공급관에 구비된 솔레노이드 밸브를 개방하여 가스가 공급되도록 한다. 반대로 챔 버 내의 압력이 설정범위보다 더 높아진 경우에는 배출관에 구비된 솔레노이드 밸브를 개방하여 가스를 배출시켜 챔버 내의 압력을 낮추게 된다.
글러브 박스는 항상 작동상태에 있기 때문에 사용자가 글러브박스를 작동시킨 상태에서 자리를 비우는 경우가 발생하게 된다. 이러한 경우 만일, 설정해 놓은 압력 이상으로 올라가서 압력제어장치에서 공급관에 구비된 밸브로 폐쇄 신호를 송출했음에도 불구하고, 밸브가 제대로 폐쇄되지 않아서 가스가 계속 공급되는 경우와 같이 글러브 박스가 비정상적으로 작동하는 경우, 압력제어장치에서는 공급관, 배출관 및 비상배출관에 구비된 여러 밸브에 적절한 명령을 내린다. 따라서, 가스의 공급을 차단하고, 가스가 빠르게 챔버 외부로 배출될 수 있도록 한다.
글러브 박스의 또 다른 고장 유형 중의 하나가 챔버 또는 글러브에 균열이 발생하는 경우이다. 공급관의 밸브를 개방하여 가스를 지속적으로 주입해도 챔버 내의 압력이 높아지지 않거나 오히려 압력이 감소하는 경우에는 위와 같은 가스 누출의 가능성이 있다. 이러한 경우, 압력제어장치에서 압력 추이를 모니터하여, 일정시간 동안 공급관의 밸브가 개방된 상태였음에도 불구하고 압력이 원하는 범위에 도달하지 않은 경우에는 더 이상의 가스 공급을 차단하고 경고음 등을 발생시켜 실험자가 가스 누출을 인식할 수 있도록 한다.
본원 발명은 또한 글러브 박스의 챔버 내의 온도를 제어할 수 있도록 하는 온도 센서, 온도제어장치, 및 냉각기를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 글러브 박스는 수냉 방식이 아닌 냉각기를 사용한 냉매 순환 방식을 사용한다. 냉매가 순환하면서 글러브 박스 내의 열을 빼앗고 냉각기의 찬공기를 챔버 내로 송풍하기 때 문에 내부온도가 빠른 시간에 낮아질 수 있으며, 필요한 경우 챔버를 수냉 방식의 온도보다 더 낮은 온도로 만들 수도 있다.
또한, 본원 발명에 따른 글러브 박스는 용매검출센서를 더 포함할 수 있다. 용매검출센서는 OLED 또는 태양전지와 관련된 실험을 수행하는데 문제될 소지가 있는 휘발성 물질의 양을 ppm 단위로 측정하여 보다 정확한 실험조건을 제어할 수 있도록 한다.
본원 발명에 따른 글러브 박스는 이외에도 글러브 박스 내의 입자가 일정 개수 이하로 유지되도록 ULPA 또는 HEPA 필터를 이용한 입자제어시스템, 및 OLED 또는 태양전지 개발시에 글러브 박스 내의 산소량이 1ppm 이하로 유지되도록 하는 산소제어시스템을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 글러브 박스로 인해, 인체에 유해한 환경 하에서 수행해야 하는 실험에 있어서, 실험자가 유해한 환경에 노출되지 않고 안전하게 실험을 수행할 수 있다. 특히, 글러브 박스의 챔버 내에 인체에 유해하거나 폭발할 수 있는 가스 등의 물질이 포함된 경우, 구비된 압력센서로 압력을 지속적으로 측정하여, 챔버 내의 압력이 이상고압 등의 이상상태에 도달한 경우, 폭발위험을 감지하여 솔레노이드 밸브 및 해저드 밸브를 개폐 또는 차단하여 안전사고에 대비할 수 있다. 또한, 압력과 시간의 추이를 고려하여 비정상적인 가스 누출이 발생한 경우에도 가스 공급을 차단하고 사용자가 가스 누출을 인식할 수 있도록 경고음을 발생시켜서 상황에 신속하게 대처할 수 있다.
또한, 종래의 글러브 박스와 달리, 본원 발명에 따른 글러브 박스는 냉각기를 사용하여 냉매를 순환시킴으로써, 단시간내에 챔버 내의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 냉매의 종류에 따라 챔버의 온도를 설정할 수 있어서, 다양한 실험조건을 설정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 글러브 박스는 OLED 또는 태양전지와 같은 제품을 연구하는 경우, 글러브 박스 내에 발생한 휘발성 물질의 농도를 측정하는 용매검출센서를 더 구비함으로써, 챔버 내에 휘발성 물질이 얼마나 포함되어 있는지 ppm 단위의 농도를 파악할 수 있기 때문에, 정밀한 실험 진행이 가능하다. 또한, 솔벤트 트랩을 사용하여 휘발성 물질을 제거할 경우에도, 휘발성 물질의 농도를 파악하고 있기 때문에 세밀한 농도 제어가 가능하다.
본 발명에 따른 글러브 박스는 또한 입자제어시스템 및 산소제어시스템을 더 포함함으로써, 챔버 내의 입자의 수 및 산소의 양을 정밀하게 제어할 수 있다. 이로인해, 챔버 내에서 수행된 실험의 오차를 줄이고 신뢰도를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스의 개략적인 구조도이다. 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스는 챔버(1)를 구비한다. 챔버(1)는 실제로 실험자가 실험을 수행하는 공간으로서, 외부와 차단되어 있다. 챔버(1)의 형상에는 제한 이 없으나 바람직하게는 사용자가 시야를 확보함으로써 실험과정이 용이할 수 있도록 전면(前面) 또는 모든 면(全面)이 투명한 재질로 제작될 수 있다. 따라서 사용자는 실험에 필요한 시야를 확보할 수 있다. 다만, 모든 면이 투명한 재질로 제작되는 경우에 챔버(1) 내의 압력이 높은 경우 또는 낮은 경우에는 파손될 우려가 있으므로, 투명한 재질은 선택에 따라 강화유리로 제작되는 것이 바람직하다. 챔버(1) 내에는 다양한 실험기자재가 위치할 수 있으며, 다양한 실험환경을 조성할 수 있도록 챔버(1) 내의 온도, 압력, 입자의 수, 수분량, 및 산소량을 제어할 수 있다. 이에 대해서는 상세히 후술한다.
챔버(1)는 외부에 있는 사용자가 손을 넣어서 챔버 내부에 접근할 수 있도록, 챔버(1)의 일면에 글러브(2)를 포함할 수 있다. 글러브(2)는 챔버(1)의 일면에 형성된 구멍(3)을 통해서 챔버(1) 내부를 향해 돌출되어 있으며, 글러브(2)의 겉과 속을 뒤집으면 챔버(1) 외부를 향해서도 돌출될 수 있다. 챔버(1)에 형성된 구멍(3)과 글러브(2) 사이의 공간은 O-링 등으로 밀봉되어 챔버(1) 외부와 내부가 단절되도록 한다. 구멍(3)과 글러브(2)의 입구가 일체로 고정되도록 하여, 사용자가 구멍(3)에 손을 집어넣으면 자연적으로 글러브(2)를 착용할 수 있도록 설계되어 있다. 따라서 사용자는 글러브(2)를 착용한 상태로 챔버(1) 내부에 접근이 가능하여 필요한 작업을 안전하게 수행할 수 있다. 글러브(2)의 재질에는 제한이 없으며, 챔버(1) 내부의 인체에 유해할 수 있는 환경과 사용자의 손이 차단될 수 있도록 하는 재질이면 족하다. 글러브(2)의 길이에는 제한이 없으며, 챔버(1) 내의 공간의 부피에 따라 다를 수 있다. 즉, 챔버(1) 내부의 모든 공간에 실험자의 양손이 접근할 수 있도록 글러브(2)는 팔꿈치까지 올라와서 덮는 형태로 제작될 수도 있다.
챔버(1)의 다른 일면에는 외부와 연결되는 외부도어(6)를 갖는 서브챔버(4)를 더 구비할 수도 있다. 서브챔버(4)는 외부도어(6)를 통해 외부와 연결되는 공간으로서, 외부도어(6)는 내부 또는 외부에서 개폐할 수 있도록 제작될 수 있다. 바람직하게 챔버(1)와 서브챔버(4) 사이에 내부에서도 개폐가 가능한 내부도어(5)를 구비하고 서브챔버(4)와 글러브 박스 외부의 사이에 외부도어(6)를 구비하여 2중 도어 구조를 가질 수 있다. 2중 도어를 가짐으로써, 외부도어(6)를 개방할 경우에도 내부도어(5)가 폐쇄된 상태로 유지하는 경우에는 직접적으로 챔버(1)가 외부 환경에 노출되지 않으므로, 주작업 공간인 챔버(1)는 외부와 차단 또는 밀폐된 상태로 유지될 수 있다. 바람직하게는, 외부도어(6)를 통해서 실험대상 및 실험도구를 서브챔버(4) 내에 투입한 후, 내부도어(5)를 개방하여 사용자가 글러브(2)를 착용한 후 실험대상 및 실험도구를 챔버(1)로 옮기고, 내부도어(5)를 폐쇄하면 챔버(1)는 일정한 환경을 지속적으로 유지할 수 있다. 필요에 따라 내부도어(5) 개방 전에 서브챔버(4)의 환경을 챔버(1)와 동일하게 맞추거나, 챔버(1)의 환경에 영향이 없도록 낮은 압력 또는 진공상태에 가깝게 만들 수도 있다. 도어(5, 6)의 개폐는 선택에 따라 전자적으로 작동가능하도록 자동개폐식 도어일 수도 있다. 2중 도어를 구비함으로써, 챔버(1)와 외부환경과의 접촉을 차단하고, 챔버(1) 내의 실험환경(압력, 온도 등)을 재조정하는데 소요되는 실험시간이 단축되고, 압력조절 등을 위한 펌프 또는 온도조절장치 등의 구동시간이 상대적으로 단축되므로 비용이 절감될 수 있다. 서브챔버(4)도 챔버(1)와 마찬가지로 크기나 재질의 제한이 없으며, 주작 업 공간인 챔버(1)보다 공간의 부피가 작도록 제작하는 것이 비용 또는 효율 측면에서 바람직하다.
챔버(1)의 일부는 배출구를 구비하여, 배출구를 통해서 배출펌프(7)와 배출관(8)으로 연결될 수 있다. 글러브 박스는 다양한 실험조건을 만들 수 있어야 하며, 특히 가스의 압력 설정이 중요하다. 실험에 필요한 가스의 주입량이 많아서 압력이 설정범위를 벗어나는 경우에는 배출펌프(7)를 작동시켜 배출관(8)으로 통해 가스를 배출하여 압력을 조절하게 된다. 이와 함께, 가스 이외에도 수분 또는 산소 등이 함께 배출되어 수분 및 산소의 함유량을 낮추는 부수적인 효과도 거둘 수 있다. 배출펌프(7)에는 제한이 없으며, 배출펌프(7)를 통해 실험 중 불필요한 유해가스가 발생한 경우 챔버(1)의 외부로 배출시키는 역할도 수행한다.
반대로, 실험에 필요한 기체 또는 물질을 챔버(1)에 주입하기 위해, 챔버(1)의 일부는 주입구를 구비하여, 주입구와 연결된 공급관(9)을 통해서 외부의 탱크(10)와 연결될 수 있다. 필요에 따라 다양한 물질이 채워져 있는 탱크(10)와 공급관(9)을 연결하여 필요한 물질을 챔버(1) 내로 주입할 수 있다. 후술할 압력제어장치(11)(도2 참조)를 통해 챔버(1) 내의 압력을 설정한 후, 해당 압력에 도달할 때까지 공급관(9)을 통해서 챔버(1)로 가스 등이 주입되도록 할 수도 있다. 다만, 대개의 경우에는 액화가스탱크(10)를 연결시켜 압력의 차이에 의해 자동적으로 가스탱크(10)로부터 챔버(1) 내로 가스가 주입되도록 하는 방식을 사용하게 된다. 바람직하게 상기 압력설정은 전자적 신호에 의해서 제어되는 방식을 사용한다. 챔버(1) 내의 압력은 범위를 지정하여 설정할 수 있다. 실험에 있어서, 때에 따라서 는 인체에 유해한 기체 등의 조건 하에서 실험이 진행되어야 할 경우도 발생하게 되며, 이 때, 글러브 박스에 기체를 주입하여 외부로 유해가스가 유출되는 일 없이 사용자가 안전한 상태로 실험할 수 있다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스에 압력제어장치(11), 압력센서(12), 및 해저드밸브(13)를 구비한 모습을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 글러브 박스는 압력제어장치(11), 압력센서(12), 및 해저드 밸브(13)를 더 구비할 수 있다. 상기 요소 중 특히 해저드 밸브(13)와 압력제어장치(11)는 본 발명에 따른 글러브 박스의 특징 중 하나인 위험관리시스템을 구성하게 된다.
바람직하게 압력센서(1)는 챔버(1)의 내부 또는 외부에 위치하여 챔버(1) 내의 압력을 측정할 수 있다. 일반적으로, 압력센서(12)는 챔버(1) 내의 압력이 압력제어장치(11)를 통해 사용자가 설정한 압력범위에 있는지 측정한다. 압력이 부족할 경우, 공급관(9)에 구비된 솔레노이드 공급밸브(V2)를 개방하여 가스가 공급되도록 한다. 반대로 챔버(1) 내의 압력이 설정범위보다 더 높아진 경우에는 배출관(8)에 구비된 솔레노이드 배출밸브(V3)를 개방하여 가스를 배출시켜 챔버(1) 내의 압력을 낮추게 된다.
만일, 챔버(1) 내의 압력이 설정해 놓은 압력 이상으로 올라가서 압력제어장치(11)에서 공급관(9)에 구비된 공급밸브(V2)로 폐쇄 신호를 송출했음에도 불구하고, 밸브(V2)가 제대로 폐쇄되지 않아서 가스가 계속 공급되는 경우에는 배출관(8) 의 배출밸브(V3)를 개방하여 가스를 배출시킨다고 하더라도, 공급관(9)에서 공급되는 가스의 유량이 배출되는 가스의 유량보다 많을 수도 있다. 또는, 배출관(8)의 배출밸브(V3)가 고장을 일으켜 가스가 챔버(1)로부터 외부로 배출되지 못할 수도 있다.
이와 같이 글러브 박스가 비정상적으로 작동하는 경우, 압력제어장치(11) 내부 또는 별도의 위치에 위치할 수 있는 비상압력제어장치에서는 공급관(9)에 구비된 개방밸브(N/O VALVE)(V1)를 폐쇄하는 명령을 내린다. 개방밸브(V1)는 일반적으로 개방된 상태를 유지하며 공급밸브(V2) 보다 공급탱크(10)에 가깝게 구비되어 있다. 따라서, 개방밸브(V1)를 차단함으로써 원천적으로 가스의 공급을 봉쇄하게 된다. 비상압력제어장치는 위의 명령과 동시에 해저드 밸브(13)를 개방시킨다. 해저드 밸브(13)는 개방밸브(V1)와는 반대로 일반적으로는 폐쇄된 상태를 유지하며, 챔버(1)의 일측면에 구비된 비상배출관(14) 상에 구비되어 있다. 해저드 밸브(13)가 개방되면 챔버(1) 내의 압력과 외부의 압력차이에 의해 챔버(1) 내의 가스가 외부로 배출되게 된다. 비상배출관(14)은 비정상적인 상황에서 신속하게 챔버(1) 내의 압력을 낮추기 위한 것이므로, 배출관(8)보다 관의 직경이 더 클 수 있다.
글러브 박스의 또 다른 고장 유형 중의 하나가 챔버(1) 또는 글러브(2)에 균열이 발생하는 경우이다. 공급관(9)의 공급밸브(V2)를 개방하여 가스를 지속적으로 주입해도 챔버(1) 내의 압력이 높아지지 않거나 오히려 압력이 감소하는 경우에는 위와 같은 가스 누출의 가능성이 있다. 이러한 경우, 압력제어장치(11)에서 압력 추이를 모니터하여, 일정시간 동안 공급관(9)의 공급밸브(V2)가 개방된 상태였음에 도 불구하고 압력이 원하는 범위에 도달하지 않은 경우에는 더 이상의 가스 공급을 차단하고 경고음 또는 경고등 등의 누출경보를 발생시켜 실험자가 가스 누출을 인식할 수 있도록 한다. 일정시간에 대한 결정은 각 실험의 종류 및 가스의 종류에 따라 다르며, 이는 실험적으로 결정할 수 있다. 즉, 일반적인 경우 얼마만큼의 시간 동안 어느 정도로 압력이 올라가는지를 미리 실험을 통해 결정하여, 일정시간의 값을 설정할 수 있다. 또한, 압력제어장치(11)는 사용자의 부재 중에 기기의 오작동 등의 시간, 상태, 및 원인을 파악할 수 있도록, 상기와 같은 문제가 발생한 경우에는 당시의 상태에 대한 로그, 즉 압력, 시간, 온도 등의 데이터를 저장했다가 나중에 사용자가 찾아볼 수 있도록 한다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스에 온도제어장치(21), 온도센서(22), 및 냉각기(23)를 더 구비한 모습을 도시한 도면이다.
본원 발명의 실시예에 따른 글러브 박스는 챔버(1) 내의 온도를 제어할 수 있도록 하는 온도제어장치(21), 온도센서(22), 및 냉각기(23)를 더 포함할 수 있다. 상기한대로, 종래의 글러브 박스는 핫 플레이트 등의 고온의 실험기구가 챔버(1)에 투입된 경우, 기기가 정상적으로 작동할 수 있는 온도로 낮추기 위한 냉각 장치로서 물을 사용한다. 그러나 물은 냉각속도가 느리고, 글러브 박스 내의 온도를 물보다 더 낮은 온도로 낮출 수 없다. 따라서, 본 발명에 따른 글러브 박스는 수냉 방식이 아닌 냉각기(23)를 사용한 냉매 순환 방식을 사용한다. 냉매가 냉각기 내부를 순환하면서 주변의 열을 빼앗고, 이로 인해 발생한 찬공기를 냉각기(23)에 구비된 냉풍기가 챔버(1) 내로 송풍하기 때문에 내부온도가 빠른 시간에 낮아질 수 있으며, 필요한 경우 챔버(1)를 수냉 방식의 온도보다 더 낮은 온도로 만들 수 있다. 이는 냉매의 종류에 따라 다를 수 있다. 온도센서(22)는 챔버(1)의 내부 또는 외부에 위치하여 챔버(1)의 온도를 측정하게 된다. 온도센서(22)의 종류에는 제한이 없다. 온도센서(22)에서 온도를 감지하여, 온도제어장치(21)로 신호를 보내면, 온도제어장치(21)에서 신호를 받아 사용자가 입력 또는 설정한 온도 범위인지 판단한다. 사용자가 온도 범위 값을 입력하지 않은 경우에는 기본적으로 설정되어 있는 온도 범위로 세팅된다. 챔버(1) 내에 고온의 물체가 투입되어 사용자가 입력한 온도 범위보다 온도가 상승하는 경우에 온도제어장치(21)는 냉각기(23)를 작동시켜 챔버(1) 내의 온도를 낮추게 된다. 냉각기(23)에는 냉각판(24)이 구비되어, 냉각판(24)을 통해 공기와 냉각기 내의 냉매와 접촉하여 열교환이 이루어져서 공기의 온도를 낮추게 되며, 냉풍기로 낮은 온도의 공기를 챔버(1) 내로 강제 순환시켜, 챔버(1) 내의 온도를 낮출 수 있다. 온도제어장치(21), 온도센서(22), 및 냉각기(23)의 위치에는 제한이 없으며, 특히, 전자적 장치인 온도제어장치(21)는 앞서 설명한 압력제어장치(11)와 일체로 제작될 수 있다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스에 분석장치(31), 용매검출센서(32), 및 산소검출센서(33)를 더 구비한 모습을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스는 분석장치(31)와 용매검출센서(32) 또는 산소검출센서(33) 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 용매검출센 서(32)는 챔버(1) 내에 발생하는 휘발성 물질을 측정할 수 있는 센서이다. 챔버(1)의 내부 또는 외부에 위치한다. 실험 중에 휘발성 물질이 발생한 경우에 휘발성 물질이 실험 또는 연구에 있어서 결과의 정확성 및 신뢰도를 감소시킬 우려가 있다. 이 때문에, 솔벤트 트랩(미도시) 등의 장치를 더 구비하여 휘발성 물질을 포집하여 챔버(1) 내의 휘발성 물질의 농도를 낮추게 된다. 그러나, 실제 챔버(1) 내의 휘발성 물질의 농도가 얼마인지 알 수 없다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스는 용매검출센서(32)를 더 구비하여 실제 챔버(1) 내의 휘발성 물질의 농도를 측정할 수 있다. 용매검출센서(32)는 측정한 값을 분석장치(31)로 송출한다. 분석장치(31)에서는 이 값을 ppm 단위로 환산하여 분석장치(31)에 구비된 디스플레이 장치(미도시)에 의해서 사용자에게 농도 값을 표시하게 된다. 이로 인해 실험을 하는 사용자는 실제 챔버(1) 내의 휘발성 물질의 농도를 확인할 수 있으며, 농도가 실험을 수행하는데 있어서 부적당한 경우에는 솔벤트 트랩을 사용하여 휘발성 물질의 농도를 낮춘 후, 다시 농도를 확인한 후 적절한 시점에서 실험을 수행할 수 있다. 따라서 용매검출센서(32)를 더 구비함으로써, 휘발성 물질의 농도를 파악할 수 있기 때문에 보다 정밀한 실험 진행이 가능하게 된다.
산소검출센서(33)는 챔버(1) 내의 산소함유량을 측정하는 장치이다. 실험에 따라서 챔버(1) 내에서 실험을 할 경우, 반응성이 좋은 산소가 챔버(1) 내에 많은 경우, 정확한 실험결과를 얻을 수 없게 된다. 특히, 글러브 박스 내에 OLED 또는 태양전지와 같은 제품을 개발할 경우에는 챔버(1) 내의 산소농도가 1ppm 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 제품의 개발 전에 미리 챔버(1) 내의 산소의 농도가 얼마 인지 측정해야 할 필요가 있다. 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스는 산소검출센서(33)를 챔버(1)의 내측 또는 외측의 일부에 더 구비하여 챔버(1)의 산소농도를 측정할 수 있다. 용매검출센서(32) 및 산소검출센서(33)는 모두 챔버(1)의 내측 또는 외측에 구비될 수 있고, 외측에 구비되는 경우 도4에 도시된 바와 같이, 펌프(34)로 챔버(1) 내의 공기를 흡인하여 공기가 강제로 센서(33)를 통과하도록 한다. 용매검출센서(32)와 마찬가지로 측정된 값을 분석장치(31)로 송출하여, 분석장치(31)에서 ppm 단위로 농도를 환산하여 디스플레이 장치 상에 표시하여 사용자가 산소함유량을 인식할 수 있다. 산소의 농도가 높은 경우, 송풍기(42)(도5 참조) 등으로 챔버(1) 내의 공기를 강제로 순환시킨 후, 산소제거장치 또는 필터를 통과하도록 하여 산소의 농도를 낮출 수 있다.
분석장치(31), 용매검출센서(32), 및 산소검출센서(33)의 위치에는 제한이 없으며, 특히, 전자적 장치인 분석장치(31)는 앞서 설명한 압력제어장치(11) 및 온도제어장치(21)와 일체로 제작될 수도 있다. 또한, 센서(32, 33)가 챔버(1)의 외측에 구비되는 경우에는 챔버(1) 내의 공기를 센서(32, 33)까지 끌어당기기 위한 펌프(34)가 추가적으로 더 필요하다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스에 제어장치(41), 송풍기(42), 및 제거장치(43)를 더 구비한 모습을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스는 제어장치(41), 송풍기(42), 및 제거장치(43)를 더 포함할 수 있다. 바람직하게 송풍기는(42)는 챔버(1)의 내측의 일부 에 구비되며, 팬 형상의 구조체를 갖는다. 챔버(1) 내의 공기가 강제적으로 순환하도록 송풍기(42)는 팬 구조체가 회전하는 구조를 갖는다. 송풍기(42)의 팬 구조체가 회전함으로써 챔버(1) 내부에서는 대류현상이 발생하게 된다. 챔버(1)의 내측 또는 외측의 일면에는 제거장치(43)를 구비할 수 있으며, 바람직하게는 송풍기(42)로 인한 순환효과를 높이기 위해 도5에 도시된 바와 같이 송풍기(42)의 하부에 위치할 수 있다.
송풍기(42)에 의해서 순환된 공기는 빠른 속도로 제거장치(43)에 부딪히게 된다. 제거장치(43)를 통과한 공기는, 공기가 통과할 수 있도록 된 챔버의 바닥면(45)을 통과하여, 챔버(1)의 하부로부터 챔버(1)의 상부로 뻗어있는 순환관(47)을 통해 다시 송풍기(42)로 끌어올려진다. 이 과정에서 필요에 따라 강제로 순환시키기 위해 순환관(47)에 펌프(미도시)를 연결하여 보다 원활하게 순환될 수 있도록 할 수 있다. 챔버의 바닥면(45) 하부에는 바닥면(45)에서 멀어지는 부분일수록 직경이 좁아지도록 테이퍼 진 형상의 깔때기부(46)가 더 구비될 수도 있다. 깔때기부(46)는 송풍기(42)에 의해 강제로 순환되는 공기가 순환관(47)을 따라 보다 원활하게 순환될 수 있도록 한다. 깔때기부(46)가 구비되어 있지 않다면, 챔버(1)의 양끝단 모서리부에 있는 공기는 와류에 의해 제대로 순환되지 못할 수도 있기 때문이다.
사용자는 제어장치(41)를 통해 송풍기(42)의 작동여부 및 회전속도를 제어할 수 있다. 제거장치(43)는 내부의 필터(44)를 자동 또는 수동으로 교체하여 다양한 기능을 수행할 수 있도록 교체가능하게 구성된다. 보다 바람직하게는 사용자가 제 어장치(41)에서 옵션을 변경하여 전자적인 신호에 의해 제거장치(43) 내의 필터(44)가 입자제거필터(HEPA, ULPA), 산소제거필터, 수분제거필터 중 하나로 교체될 수 있다. 따라서, 바람직하게는 사용자의 선택에 따라 자동적으로 필터(44)가 교체되도록 하여 제거장치(43)가 다기능을 수행할 수 있다. 또는 제거장치(43)의 필터(44)를 하나로 고정하여 한 가지의 기능을 수행할 수 있도록 하는 방법도 가능하며, 위에서 설명한 세 가지의 필터가 동시에 기능할 수 있도록 할 수도 있다. 즉, 제거장치(43)를 통과하는 공기가 세 가지의 필터를 모두 통과할 수 있도록 할 수도 있다.
입자제거필터를 선택할 경우 송풍기(42)에 의해 강제로 순환된 챔버(1) 내의 공기에 포함된 특정 크기의 입자를 제거할 수 있다. 특히, OLED 또는 태양전지 개발에 장애가 될 수 있는 입자의 크기는 0.3㎛ 이상의 입자이므로, 따라서 이러한 경우 0.3㎛ 이하의 입자만 통과할 수 있는 필터(44)를 구비하여 송풍기(42)에 의한 순환과정을 반복하면, 불필요한 입자를 제거할 수 있게 된다. 산소제거필터 또는 수분제거필터도 마찬가지로 선택에 따라 교체가 가능하며, 챔버(1) 내의 공기를 순환시켜 제거장치(43)와 강제로 접촉하도록 하여 산소 또는 수분의 양을 줄일 수 있다.
제어장치(41), 송풍기(42), 및 제거장치(43)의 위치 및 크기에는 제한이 없으나, 송풍기(42) 및 제거장치(43)의 상호관계에 의한 위치선정을 고려하는 것이 바람직하다. 즉, 송풍기(42)에 의한 강제 대류가 되는 위치에 제거장치(43)를 두는 것이 좋다. 한편, 전자적 장치인 제어장치(41)는 앞서 설명한 압력제어장치(11), 온도제어장치(21), 및 분석장치(31)와 일체로 제작될 수도 있다.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 글러브 박스의 전체적인 개략도를 도시한 사시도이다. 작업 인원의 필요에 따라서 글러브의 수를 2개 이상 구비할 수도 있다. 또한, 상기한대로 챔버의 내구성 측면에서 챔버의 일면만 투명재로 제작할 수 있다. 선택에 따라 서브챔버가 없는 형태로 글러브 박스를 제작할 수도 있으며, 서브챔버가 구비된 경우에는 상기한 챔버 내의 구성요소를 서브챔버에도 필요에 따라 구비할 수도 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 내에서 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것인바, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정된 형태에 국한되는 것은 아니다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스의 개략적인 구조도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스에 압력제어장치, 압력센서, 및 해저드밸브를 더 구비한 모습을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스에 온도제어장치, 온도센서, 및 냉각기를 더 구비한 모습을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스에 분석장치, 용매검출센서, 및 산소검출센서를 더 구비한 모습을 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 글러브 박스에 제어장치, 송풍기, 및 제거장치를 더 구비한 모습을 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 글러브 박스의 전체적인 개략도를 도시한 사시도이다.

Claims (13)

  1. 내부가 빈 형상인 챔버와,
    상기 챔버에 형성된 구멍을 통해 상기 챔버 내부로 돌출될 수 있는 글러브와,
    상기 챔버의 내부와 연결되는 공급관 및 배출관과,
    상기 공급관 및 상기 배출관 상에 각각 위치하여 각각 공급 및 배출을 조절할 수 있는 공급밸브 및 배출밸브와,
    상기 챔버 내부로 유체를 공급하는 공급탱크와,
    상기 챔버 외부로 유체를 배출시키는 펌프와,
    상기 공급밸브 및 상기 배출밸브의 개폐를 제어하여, 상기 챔버 내부의 압력이 설정 범위 내로 유지되도록 제어하는 압력제어장치와,
    상기 챔버의 내부 또는 외부에 위치하여 상기 챔버 내부의 압력을 측정하고 측정된 값을 상기 압력제어장치로 송출하는 압력센서와,
    상기 공급관 상에 위치하며 상기 챔버의 압력이 설정 범위 내에 있는 경우 개방된 상태를 유지하는 개방밸브와,
    상기 배출관보다 직경이 크며 상기 챔버에 연결된 비상배출관과,
    상기 비상배출관 상에 위치하는 해저드밸브와,
    상기 압력제어장치, 상기 공급밸브, 또는 상기 배출밸브에 이상이 발생하여 상기 챔버 내의 압력이 설정 범위를 초과하는 경우 상기 해저드밸브를 개방시키고 상기 개방밸브를 차단시켜 상기 챔버의 압력이 낮아질 수 있도록 하는 비상압력제어장치를 포함하고, 상기 글러브의 입구는 상기 구멍과 일체로 고정되는 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
  2. 제1항에 있어서,
    내부가 빈 형상이고, 상기 챔버의 일면에 연결고정되고, 상기 일면에 구비된 내부도어를 통해 상기 챔버에 접근할 수 있고, 외부와 연결된 외부도어가 상기 일면과 다른 면에 구비된 서브챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압력제어장치는, 상기 공급관 상에 위치하는 상기 공급밸브가 개방된 상태로 일정 시간이 경과한 후에도 상기 챔버 내의 압력이 설정된 압력에 도달하지 못하는 경우에 상기 공급관 상에 위치하는 상기 공급밸브를 폐쇄하고 누출경보를 발생시키는 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 압력제어장치는 상기 해저드밸브를 작동시키거나 상기 누출경보를 발생시킨 경우, 작동 당시 상기 챔버 내의 시간, 온도, 압력을 포함하는 로그 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
  6. 제1항에 있어서,
    냉각판 및 냉풍기를 포함하며, 내부에 냉매를 순환시켜 발생한 공기를 상기 냉풍기를 통해 상기 챔버 내에서 순환되도록 하여 상기 챔버 내의 온도를 조절할 수 있는 냉각기와,
    상기 챔버 내의 온도를 설정할 수 있고, 상기 챔버 내의 온도가 설정된 온도 범위 내로 유지되도록 상기 냉각기를 작동시키는 온도제어장치와,
    상기 챔버의 내부 또는 외부에 위치하여 상기 챔버 내부의 온도를 측정하고 측정된 값을 상기 온도제어장치로 송출하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 또는 외부에 위치하여 상기 챔버 내의 휘발성 물질의 농도를 측정할 수 있는 용매검출센서와,
    상기 용매검출센서로부터 측정된 값을 수신하여 구비된 디스플레이 장치로 농도를 표시하는 분석장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 또는 외부에 위치하여 상기 챔버 내의 산소함유량을 측정할 수 있는 산소검출센서와,
    상기 산소검출센서로부터 측정된 값을 수신하여 구비된 디스플레이 장치로 산소함유량을 표시하는 분석장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 상부에 위치하고, 상기 챔버 내의 공기가 강제적으로 순환되도록 회전하는 송풍기와,
    상기 송풍기의 하부에 위치하고, 교체가능한 필터를 구비한 제거장치와,
    상기 송풍기의 작동 및 회전속도를 제어할 수 있는 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 필터는 입자제거필터, 산소제거필터, 또는 수분제거필터 중 선택된 하나의 필터이고,
    상기 제어장치는 상기 제거장치에 전기적 신호를 송출하여 상기 필터가 자동 교체되어 상기 제거장치가 입자제거, 산소제거, 및 수분제거의 역할을 수행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 바닥면의 하부에는 상기 바닥면에서 멀어지는 방향으로 점점 직경이 좁아지도록 테이퍼 진 형상의 깔때기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
  12. 제1항에 있어서, 상기 챔버는 그 일측면이 투명한 재질로 제작되어 외부에서 상기 챔버의 내부의 시야가 확보될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
  13. 제2항에 있어서, 상기 서브챔버는 상기 챔버보다 부피가 작은 것을 특징으로 하는 글러브 박스.
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