KR101225508B1 - 이산화탄소 거동 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

이산화탄소 거동 모니터링 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 pH 측정용 지시약을 섞은 물에 이산화탄소 가스를 주입하고 이를 디지털 이미지화함으로써 비접촉 방식으로 이산화탄소가 녹아든 탄산수의 정확한 국부적 pH 측정은 물론 이산화탄소의 거동을 포함한 상태 변화에 대하여 정량화된 정보를 얻어낼 수 있는 이산화탄소 거동 모니터링 시스템에 관한 것으로, 물과 함께 통합 pH 지시약이 혼합되어 수용되는 관찰 수조; 상기 관찰 수조로 이산화탄소 가스를 주입하는 이산화탄소 공급탱크; 상기 관찰 수조를 디지털 이미지 또는 영상으로 촬영하는 촬영부; 및 상기 촬영부의 디지털 이미지 또는 영상의 색상 변화를 통해 이산화탄소의 이동 및 탄산수의 거동에 대한 정보를 획득하는 분석부; 를 포함하며, 상기 분석부가 디지털 이미지 또는 영상의 색상을 pH 테이블과 비교하여 국부적 pH값을 도출함으로써 이미지 내에서 이산화탄소 및 탄산수를 판별하는 것을 특징으로 한다.

Description

이산화탄소 거동 모니터링 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF MONITORING THE BEHAVIOR OF CARBON DIOXIDE}
본 발명은 이산화탄소 거동 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 pH 측정용 지시약을 섞은 물에 이산화탄소 가스를 주입하고 이를 디지털 이미지화함으로써 비접촉 방식으로 이산화탄소가 녹아든 탄산수의 정확한 국부적 pH 측정은 물론 이산화탄소의 거동을 포함한 상태 변화에 대하여 정량화된 정보를 얻어낼 수 있는 이산화탄소 거동 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용되는 pH 측정장치(pH meter)는 유리막 전극(Glass membrane electrode)을 이용하여 전기화학적으로 분석하고자 하는 시료의 pH를 측정하는 것이 보편적이다.
상술한 pH 측정장치의 유리막 전극은 전기 화학적 반응으로 상기 시료의 pH를 측정하기 때문에 상기 유리막 전극이 잠길 정도의 많은 양(10mL 이상)의 시료가 필요하다. 이 때문에 상기 유리막 전극이 적용된 pH 측정장치는 매우 적은 양을 사용하는 대부분의 시료들의 pH 측정에 한계가 있다. 그리고, 상기 유리막 전극이 적용된 pH 측정장치는 시료와 직접 접촉하여 전기 화학적 반응으로 시료의 pH를 측정하기 때문에 기억효과, 부식, 등의 문제가 초래되어 상기 유리막 전극의 수명이 짧아지는 문제점이 발생한다. 특히, 유리막 전극은 HF에 매우 민감하고 보관이 까다로우며 비교적 고가에 판매되고 있을 뿐만 아니라, 장기간 사용할 경우, 접촉식에 따른 오염 등에 기인한 신호의 안정성이 나빠지는 문제점을 가지고 있어 정밀한 분석이 요구되는 반도체 산업 및 바이오 산업에 적용이 어려운 실정이다.
또한 상술한 pH 측정장치와 달리 페이퍼(paper)형 pH 측정 방식도 있지만, 이 역시 제조사에서 제공되는 칼라 차트(Color chart)와 비교하여 pH를 판단하게 되므로 다분히 주관적인 결과가 도출된다는 문제점이 있다.
특히 상술한 pH 측정장치나 페이퍼(paper)형 pH 측정 방식에서는 균질하지 않은 용액에 대해서는 국부적인 pH값을 측정하는 것이 불가능하다.
한편, 이들과 달리 시편 내 국부적으로 pH를 달리하는 상황에서도 각 부분에서의 pH가 변화하는 상황을 추정할 수 있는 방식으로 통합 pH 지시약(Universal pH indicator)이 사용되고 있다.
이 통합 pH 지시약의 사용은 측정하고자 하는 대상 용액에 통합 pH 지시약 용액을 섞을 경우 두드러지게 바뀌어진 용액의 색을 바탕으로 주어진 칼라 차트를 이용하여 pH를 추정할 수 있게 만든다. 따라서 용액을 채취하지 않고도 해당 부분에서의 색변화를 통해 pH를 추정할 수 있으므로 외부와 격리된 부분에서도 pH 추정이 가능하게 되는 장점을 가지고 있다.
하지만, 통합 pH 지시약의 사용은 조명 정도 및 시험 용기의 크기에 따라서 육안 관찰시 색이 바뀌어 보이므로 단순히 칼라 차트를 이용해서는 정확한 pH 값 산출이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 pH 측정용 지시약을 섞은 물에 이산화탄소 가스를 주입하고 이를 디지털 이미지화함으로써 비접촉 방식으로 이산화탄소가 녹아든 탄산수의 정확한 국부적 pH 측정은 물론 이산화탄소의 거동을 포함한 상태 변화에 대하여 정량화된 정보를 얻어낼 수 있는 이산화탄소 거동 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 물과 함께 통합 pH 지시약이 혼합되어 수용되는 관찰 수조; 상기 관찰 수조로 이산화탄소 가스를 주입하는 이산화탄소 공급탱크; 상기 관찰 수조를 디지털 이미지 또는 영상으로 촬영하는 촬영부; 및 상기 촬영부의 디지털 이미지 또는 영상의 색상 변화를 통해 이산화탄소의 이동 및 탄산수의 거동에 대한 정보를 획득하는 분석부; 를 포함하며, 상기 분석부가 디지털 이미지 또는 영상의 색상을 pH 테이블과 비교하여 국부적 pH값을 도출함으로써 이미지 내에서 이산화탄소 및 탄산수를 판별하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 관찰 수조에는 투명 입자가 더 포함되어 물-입자 복합체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 이산화탄소 공급탱크는 배관을 통해 이산화탄소 가스를 관찰 수조에 주입하며, 상기 배관에는 이산화탄소 가스의 탱크 배출압력을 측정할 수 있는 제 1 압력센서와 수조 주입압력을 측정할 수 있는 제 2 압력센서가 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 분석부는, 상기 촬영부로부터 전달되는 디지털 이미지 또는 영상을 수집하는 이미지 수집부; 수집된 이미지 내에서 색상이 변화된 영역의 색상값을 pH 테이블의 표준 pH 색상 데이터와 비교하여 이미지 내 국부적 pH값을 결정하는 pH 판별부; 및 상기 pH 판별부에서 결정된 국부적 pH값을 통해 이산화탄소 가스의 이동, 이산화탄소의 용해 및 탄산수의 거동에 관한 이미지 분석정보를 도출하고, 상기 이미지 분석정보에 시간대별 이산화탄소 가스의 배출압력값 및 주입압력값을 적용하여 이산화탄소 및 그 부산물의 거동 상황을 분석하는 정보 분석부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 pH 테이블은 pH값에 따라 변화하는 색상에 대한 정보를 표준 RGB값으로 가지고 있으며, 상기 분석부가 디지털 이미지 또는 영상의 픽셀별 RGB값을 상기 pH 테이블의 pH별 표준 RGB값과 비교하여 국부적 pH값을 도출하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 시스템.
본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 관찰 수조에 물과 통합 pH 지시약이 혼합시키는 단계; (b) 이산화탄소 공급탱크로부터 상기 관찰 수조로 이산화탄소 가스를 주입하는 단계; (c) 상기 관찰 수조를 디지털 이미지 또는 영상으로 촬영하는 단계; (d) 촬영된 디지털 이미지 또는 영상의 색상 변화를 통해 이산화탄소의 이동 및 탄산수의 거동에 대한 정보를 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계에서 관찰 수조에 투명 입자를 포함시켜 물-입자 복합체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계에서 이산화탄소 공급탱크는 배관을 통해 이산화탄소 가스를 관찰 수조에 주입하며, 상기 배관에서 이산화탄소 가스의 탱크 배출압력을 측정하고 수조 주입압력을 측정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (d) 단계는, (d-1) 촬영된 디지털 이미지 또는 영상을 수집하는 단계; (d-2) 수집된 이미지 내에서 색상이 변화된 영역의 색상값을 pH 테이블의 표준 pH 색상 데이터와 비교하여 이미지 내 국부적 pH값을 결정하는 단계; (d-3) 결정된 국부적 pH값을 통해 이산화탄소 가스의 이동, 이산화탄소의 용해 및 탄산수의 거동에 관한 이미지 분석정보를 도출하고, 상기 이미지 분석정보에 시간대별 이산화탄소 가스의 배출압력값 및 주입압력값을 적용하여 이산화탄소 및 그 부산물의 거동 상황을 분석하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 pH 테이블은 pH값에 따라 변화하는 색상에 대한 정보를 표준 RGB값으로 가지고 있으며, 상기 디지털 이미지 또는 영상의 픽셀별 RGB값을 상기 pH 테이블의 pH별 표준 RGB값과 비교하여 국부적 pH값을 도출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, pH 측정용 지시약을 섞은 물에 이산화탄소 가스를 주입하고 이를 디지털 이미지화함으로써 비접촉 방식으로 이산화탄소가 녹아든 탄산수의 정확한 국부적 pH 측정은 물론 이산화탄소의 거동을 포함한 상태 변화에 대하여 정량화된 정보를 얻어낼 수 있게 되는 효과가 있다.
특히, pH 측정용 지시약을 섞은 물에 투명한 재질의 투명 입자가 섞이게 되므로 이산화탄소가 물-입자 복합체에서 이산화탄소 가스의 이동을 모니터링할 수 있게 되며, 주입된 이산화탄소 가스의 압력 및 입자의 크기에 따라 이산화탄소 가스가 물-입자 복합체 내의 간극을 통해 이동하거나 복합체 내에 균열을 만들면서 이동하는 과정을 모니터링할 수 있게 되는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 거동 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 표준 pH 테이블을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 따라 디지털 이미지로부터 pH 컨투어를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 시간별 이산화탄소 가스의 확산 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 시간별 탄산수 거동을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 물-입자 복합체에서 시간별 이산화탄소 가스의 이동 및 탄산수의 확산 및 대류를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 물-입자 복합체에서 시간별 이산화탄소 가스 균열 이동 및 그에 따른 가스압력의 변화를 설명하기 위한 도면.
이하 본 발명에 따른 이산화탄소 거동 모니터링 시스템 및 방법에 대한 실시 예를 첨부한 도면을 참고하여 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 거동 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이산화탄소 거동 모니터링 시스템은 관찰 수조(10), 이산화탄소 공급탱크(20), 촬영부(30) 및 분석부를 포함하여 구성된다.
상기 관찰 수조(10)는 물을 담을 수 있는 내부 공간을 가지며, 하부 바닥에는 이산화탄소 공급탱크(20)로부터 주입되는 이산화탄소 가스가 유입될 수 있는 주입구(12)가 형성된다. 이러한 관찰 수조(10)는 투명 소재의 아크릴 재질로 만들어질 수 있다.
상기 관찰 수조(10)에는 물이 채워지게 되며, 이산화탄소의 거동을 육안으로 확인할 수 있도록 통합 pH 지시약(Universal pH indicator)이 섞이게 된다. 관찰 수조(10) 내에서 물과 섞인 상기 통합 pH 지시약은 측정하고자 하는 물질이 주입되면 해당 물질의 pH에 따라 색상이 변화하는 성질을 가진다.
또한 상기 관찰 수조(10)에는 상술한 물과 통합 pH 지시약에 더하여 투명한 재질의 투명 입자가 섞이게 된다. 상기 투명 입자는 유리 재질의 비드(bead)로 이루어질 수 있다.
상기 이산화탄소 공급탱크(20)는 상기 관찰 수조(10)에 측정 대상 물질인 이산화탄소 가스를 공급하기 위한 것으로, 상기 관찰 수조(10)의 바닥에 구성된 주입구(12)와 연결되는 배관(21)을 통해 이산화탄소 가스를 배출하여 이산화탄소 가스를 관찰 수조(10)의 하부를 통해 주입시키게 된다.
여기에서 이러한 배관(21)에는 레귤레이터(22)가 구비되어 이산화탄소 공급탱크(20)로부터 배출되는 이산화탄소 가스의 배출 압력을 조절할 수 있다.
그리고 이러한 레귤레이터(22)를 포함한 배관 구조에서 해당 레귤레이터(22)의 후단에는 제 1 압력센서(24)가 구비되어 레귤레이터(22)를 통해 조절된 이산화탄소 가스의 배출 압력을 측정하고 측정된 배출압력값을 상기 분석부로 전달하게 된다.
또한 상기 제 1 압력센서(24)의 후단에는 압력조절밸브(23)가 구비되어 배관(21)을 통해 관찰 수조(10)로 주입되는 이산화탄소 가스의 주입 압력을 조절할 수 있다.
그리고 이러한 압력조절밸브(23)를 포함한 배관 구조에서 해당 압력조절밸브(23)의 후단에는 제 2 압력센서(25)가 구비되어 압력조절밸브(23)를 통해 조절된 이산화탄소 가스의 주입 압력을 측정하고 측정된 주입압력값을 상기 분석부로 전달하게 된다. 특히 이러한 제 2 압력센서(25)는 주입되는 이산화탄소 가스 방울의 압력을 측정할 수 있다.
따라서 상기 이산화탄소 공급탱크(20)로부터 공급되는 이산화탄소 가스는 배관(21)을 따라 공급되어 관찰 수조(10)의 하부 주입구(12)를 통해 해당 관찰 수조(10)의 내부로 주입되게 된다. 그리고 이러한 이산화탄소 가스의 배출압력 및 주입압력은 레귤레이터(22) 및 압력조절밸브(23)에 의하여 미세하게 조절되며, 조절된 실제 배출압력값 및 주입압력값은 상기 분석부로 전달되게 되는 것이다.
한편, 상기 촬영부(30)는 상기 관찰 수조(10)를 촬영하기 위한 제 1 카메라(31) 및 제 2 카메라(32)를 포함한다. 이러한 카메라(31, 32)는 디지털 방식의 이미지 또는 영상을 촬영할 수 있는 카메라로서 주기적으로 촬영된 디지털 이미지 또는 영상을 상기 분석부로 전달하게 된다.
여기에서 상기 촬영부(30)를 반드시 2 대 이상의 카메라로 구성할 필요는 없으며, 2대 이상의 카메라 구성 시 1/10초 단위와 같은 세분화된 연속 순간 촬영 등이 가능한 이득이 있으며, 한 대의 카메라로도 본 발명의 목적은 달성 가능하다.
실제 이산화탄소 가스가 물이 포함된 매질에 주입될 시에 초기에는 가스 상태로 매질 내 간극 사이로 이동하게 된다. 그리고 이동하면서 일부는 물에 녹아 탄산수를 생성하게 된다. 여기에서 관찰 수조(10)의 물에 통합 pH 지시약을 섞은 상태로 이산화탄소를 주입하는 경우 이산화탄소의 이동과 그 부산물인 탄산수의 거동을 상술한 촬영부(30)의 촬영 이미지 또는 영상을 통해 손쉽게 모니터링 할 수 있게 된다. pH 7에서의 물의 색은 녹색 계열이므로 물에 녹아들기 전의 무색의 이산화탄소와 구분이 가능하므로 이산화 가스의 이동을 구분하여 관찰할 수 있게 되는 것이다.
그리고 물에 녹아 생성된 탄산수는 물의 pH를 낮추게 되므로 물의 색이 녹색에서 노랑, 빨강 계열로 바뀌게 된다. 따라서 변화되는 색에 의하여 탄산수의 거동을 용이하게 모니터링할 수 있으며, 변화된 색으로 pH의 추정이 가능하므로 녹아든 이산화탄소이 양을 추정할 수 있다.
특히 해당 관찰 수조(10)에는 기본적으로 물과 통합 pH 지시약 외에 투명한 재질의 투명 입자가 섞이게 되므로 이산화탄소가 물-입자 복합체에서 이산화탄소 가스의 이동을 모니터링할 수 있게 된다. 또한 주입된 이산화탄소 가스의 압력 및 입자의 크기에 따라 이산화탄소 가스가 물-입자 복합체 내의 간극을 통해 이동하거나 복합체 내에 균열을 만들면서 이동하는 과정을 모니터링할 수 있게 된다.
한편 상기 분석부는 상기 제 1 압력센서(24) 및 제 2 압력센서(25)로부터 전달되는 이산화탄소 가스의 배출압력값 및 주입압력값을 표시하는 아날로그 분석기(41)와, 상기 제 1 압력센서(24) 및 제 2 압력센서(25)로부터 전달되는 배출압력값 및 주입압력값을 디지털 데이터로 변환하는 A/D 컨버터(42)와, 상기 A/D 컨버터(42)로부터 전달되는 배출압력값 및 주입압력값 그리고 상기 촬영부(30)로부터 전달되는 디지털 이미지 또는 영상을 수집하고 분석하여 국부 pH값, 이산화탄소 상태변화 자료 등을 산출하는 디지털 분석기(43)를 포함하여 구성된다.
여기에서 상기 디지털 분석기(43)는 상기 촬영부(30)로부터 전달되는 디지털 이미지 또는 영상을 수집하는 이미지 수집부(44)와, 수집된 이미지 내에서 색상이 변화된 영역의 색상값을 pH 테이블(46)의 표준 pH 색상 데이터와 비교하고 그 비교결과를 통해 이미지 내 국부적 pH값을 결정하는 pH 판별부(47)와, 상기 pH 판별부(47)에서 결정된 국부적 pH값을 통해 이산화탄소 가스의 이동, 이산화탄소의 용해 및 탄산수의 거동에 관한 이미지 분석정보를 도출하고 또한 상기 이미지 분석정보에 시간대별 이산화탄소 가스의 배출압력값 및 주입압력값을 적용하여 물-입자 복합체에서의 이산화탄소의 확산관련 계수를 산출하는 정보 분석부(48)와, 상기 정보 분석부(48)의 분석결과를 저장하는 데이터 저장부(49)를 포함하여 구성된다.
상기 pH 테이블(46)은 pH값에 따라 변화하는 색상에 대한 정보를 표준 RGB값으로 가지고 있다.
또한 이러한 pH 테이블(46)을 참조하는 상기 pH 판별부(47)는 디지털 이미지의 각 픽셀의 RGB값을 추출하고 이를 상기 pH 테이블(46)의 표준 RGB값과 비교하여 각 픽셀의 pH값을 도출하게 된다.
여기에서 RGB값으로부터 pH값으로 변환하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
통합 pH 지시약의 적용에 따라 색의 변화는 블루 계열에서 그린, 옐로우, 레드 계열로 pH가 낮아질수록 변화되어 간다. 이러한 색변화에 있어 채도 및 명도에 따라서 그린과 레드축이 더욱 민감하게 반응하므로 RG평면만을 이용하여 캘리브레이션 차트(Calibration Chart)를 구성할 수 있다.
이를 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하면 디지털 pH 미터를 이용해 서로 다른 값을 가지는 pH 용액을 여러 개 만들어 디지털 이미지를 촬영한다. 이미지 촬영시 셔터 스피드를 조절함으로써 동일한 색상 시편에 대해 다른 명도의 RGB값을 도출하게 된다. 도 2의 (a)에서는 8 개의 캘리브레이션용 용액을 제조한 경우이다. 같은 pH 용액에 대해 다른 명도를 가질 때의 RG값의 변화를 도시한다. 모든 용액에 대해 도시하면 도 2의 (b)와 같은 캘리브레이션 차트를 완성할 수 있다. 매틀랩(MATLAB) 등의 프로그램을 통해 완성된 캘리브레이션 차트를 바탕으로 디지털 이미지 내 각 픽셀의 RGB값을 pH값으로 변환하는 과정을 도 3과 같이 자동화할 수 있다.
한편, 상기 정보 분석부(48)는 관찰 수조(10)를 촬영한 이미지로부터 이산화탄소 가스가 물에 녹아들면서 확산이 되어 가는 과정을 주기적 프레임 데이터로서 제공한다.
도 4를 참조하면, 이산화탄소 공급탱크(20)의 배관(21)을 통해 관찰 수조(10)의 주입구(12)에 이산화탄소 가스를 공급하게 되면 이산화탄소 가스가 물에 녹아들면서 확산이 되어가는 주기적 과정을 확인할 수 있다. 도 4는 수평으로 놓인 판 형상의 관찰 수조(10)를 주기적으로 촬영한 이미지이다. 이는 해당 관찰 수조(10)의 물에 통합 pH 지시약이 섞여 있기 때문에 가능한 것으로 육안으로도 관찰 가능하며, 상기 pH 판별부(47) 및 정보 분석부(48)의 디지털 이미지 프로세싱을 통해 각 부분에 대한 국부적 pH값 도출이 가능하다. 또한 시간대별 이미지의 국부적 pH 값의 변화량 측정을 통해 상기 정보 분석부(48)에서는 물-입자 복합체에서의 이산화탄소의 확산관련 계수를 산출할 수 있게 된다.
또한 도 5를 참조하면, 이산화탄소 공급탱크(20)의 배관(21)을 통해 관찰 수조(10)의 주입구(12)에 이산화탄소 가스를 공급하게 되면 주입된 이산화탄소 가스 중 일부가 녹아 탄산수를 생성하는 과정을 확인할 수 있다. 도 5는 수직으로 세운 판 형상의 관찰 수조(10)를 주기적으로 촬영한 이미지이다. 수직으로 세운 판형 수조에 pH가 7인 물과 통합 pH 지시약이 섞여 있기 때문에 수조의 하단부 중앙에서 이산화탄소 가스를 주입할 경우 주입된 이산화탄소 가스 중 일부가 녹아들어 탄산수가 생성된다. 녹아든 정도에 따라 이 pH값은 다르며 그에 따라 이미지 내 색상을 달리하고 해당 영역의 밀도도 다르게 된다. 상기 pH 판별부(47) 및 정보 분석부(48)를 통해 이미지 프로세싱을 할 경우 pH 컨투어가 변화를 통해 탄산수의 거동을 모니터링할 수 있게 된다.
또한 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 물-입자 복합체에서 시간별 이산화탄소 가스의 이동 및 탄산수의 확산 및 대류를 확인할 수 있게 된다. 관찰 수조(10)의 물에 통합 pH 지시약과 투명 입자를 섞은 상태에서 이산화탄소 가스를 주입하였을 때 이산화탄소 가스와 일부 물에 녹아든 탄산수가 복합체 사이를 이동하게 된다. 상기 pH 판별부(47) 및 정보 분석부(48)를 통해 이미지 프로세싱을 할 경우 이산화탄소 가스의 이동 및 탄산수의 확산 및 대류를 모니터링할 수 있게 된다.
또한 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 물-입자 복합체에서 시간별 이산화탄소 가스 균열 이동을 확인할 수 있게 된다. 관찰 수조(10)의 물에 통합 pH 지시약과 투명 입자를 섞은 상태에서 이산화탄소 가스를 주입하였을 때 해당 이산화탄소 가스가 복합체 사이로 이동하면서 균열을 만들게 되며(도 7의 (a)), 그에 따른 가스압력의 변화(도 7의 (b))가 모니터링될 수 있다. 이산화탄소 가스가 비교적 간극이 큰 곳에서는 간극 사이로 이동하지만 간극이 작은 곳에서는 균열을 만들면서 이동하게 된다. 이를 통해 입자 크기에 따른 물-입자 복합체에서의 인산화탄소 가스의 이동 원리 및 그에 따른 가스 압력 변화를 모니터링할 수 있게 된다.
이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 관찰 수조 12 : 주입구
20 : 이산화탄소 공급탱크 21 : 배관
22 : 레귤레이터 23 : 압력조절밸브
24 : 제 1 압력센서 25 : 제 2 압력센서
30 : 촬영부 31 : 제 1 카메라
32 : 제 2 카메라
41 : 아날로그 분석기 42 : A/D 컨버터
43 : 디지털 분석기 44 : 이미지 수집부
46 : pH 테이블 47 : pH 판별부
48 : 정보 분석부 49 : 데이터 저장부

Claims (10)

  1. 물과 함께 통합 pH 지시약이 혼합되어 수용되는 관찰 수조;
    상기 관찰 수조로 이산화탄소 가스를 주입하는 이산화탄소 공급탱크;
    상기 관찰 수조를 디지털 이미지 또는 영상으로 촬영하는 촬영부; 및
    상기 촬영부의 디지털 이미지 또는 영상의 색상 변화를 통해 이산화탄소의 이동 및 탄산수의 거동에 대한 정보를 획득하는 분석부; 를 포함하며,
    상기 분석부가 디지털 이미지 또는 영상의 색상을 pH 테이블과 비교하여 국부적 pH값을 도출함으로써 이미지 내에서 이산화탄소 및 탄산수를 판별하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 관찰 수조에는 투명 입자가 더 포함되어 물-입자 복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 이산화탄소 공급탱크는 배관을 통해 이산화탄소 가스를 관찰 수조에 주입하며, 상기 배관에는 이산화탄소 가스의 탱크 배출압력을 측정할 수 있는 제 1 압력센서와 수조 주입압력을 측정할 수 있는 제 2 압력센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 촬영부로부터 전달되는 디지털 이미지 또는 영상을 수집하는 이미지 수집부;
    수집된 이미지 내에서 색상이 변화된 영역의 색상값을 pH 테이블의 표준 pH 색상 데이터와 비교하여 이미지 내 국부적 pH값을 결정하는 pH 판별부; 및
    상기 pH 판별부에서 결정된 국부적 pH값을 통해 이산화탄소 가스의 이동, 이산화탄소의 용해 및 탄산수의 거동에 관한 이미지 분석정보를 도출하고, 상기 이미지 분석정보에 시간대별 이산화탄소 가스의 배출압력값 및 주입압력값을 적용하여 이산화탄소 및 그 부산물의 거동 상황을 분석하는 정보 분석부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 pH 테이블은 pH값에 따라 변화하는 색상에 대한 정보를 표준 RGB값으로 가지고 있으며, 상기 분석부가 디지털 이미지 또는 영상의 픽셀별 RGB값을 상기 pH 테이블의 pH별 표준 RGB값과 비교하여 국부적 pH값을 도출하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 시스템.
  6. (a) 관찰 수조에 물과 통합 pH 지시약이 혼합시키는 단계;
    (b) 이산화탄소 공급탱크로부터 상기 관찰 수조로 이산화탄소 가스를 주입하는 단계;
    (c) 상기 관찰 수조를 디지털 이미지 또는 영상으로 촬영하는 단계;
    (d) 촬영된 디지털 이미지 또는 영상의 색상 변화를 통해 이산화탄소의 이동 및 탄산수의 거동에 대한 정보를 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 관찰 수조에 투명 입자를 포함시켜 물-입자 복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 방법.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 이산화탄소 공급탱크는 배관을 통해 이산화탄소 가스를 관찰 수조에 주입하며, 상기 배관에서 이산화탄소 가스의 탱크 배출압력을 측정하고 수조 주입압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d-1) 촬영된 디지털 이미지 또는 영상을 수집하는 단계;
    (d-2) 수집된 이미지 내에서 색상이 변화된 영역의 색상값을 pH 테이블의 표준 pH 색상 데이터와 비교하여 이미지 내 국부적 pH값을 결정하는 단계;
    (d-3) 결정된 국부적 pH값을 통해 이산화탄소 가스의 이동, 이산화탄소의 용해 및 탄산수의 거동에 관한 이미지 분석정보를 도출하고, 상기 이미지 분석정보에 시간대별 이산화탄소 가스의 배출압력값 및 주입압력값을 적용하여 이산화탄소 및 그 부산물의 거동 상황을 분석하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 pH 테이블은 pH값에 따라 변화하는 색상에 대한 정보를 표준 RGB값으로 가지고 있으며, 상기 디지털 이미지 또는 영상의 픽셀별 RGB값을 상기 pH 테이블의 pH별 표준 RGB값과 비교하여 국부적 pH값을 도출하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 거동 모니터링 방법.
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