KR101729934B1 - 가스센서 흡입관의 역세척 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스센서를 이용하여 측정하는 방법에 있어서 연결관, 밸브, 센서array 공간 등이 시료에 의해 오염되는 현상을 방지하기 위한 세척에 관한 방법으로 오염을 방지하기 위하여 실시하는 세척 방법에 있어서 기존에 많이 사용되고 있는 정방향 세척방식의 단점을 보완하고자 역방향세척 방법을 도입하였다.
기존의 세척방식에서는 시료의 도입방향과 세척 방향이 동일하기 때문에 클린공기생성기를 거친 클린공기가 유입되기 이전의 연결관은 세척이 어려운 단점이 있었으며, 특히 수분이 유입되는 경우 수분에 의해 가스센서가 쉽게 파손되는 현상을 방지할 방법이 없었다.
본 발명에서 이루고자 하는 역세척 방식은 연결관과 밸브를 구성하여 역세척을 할 수 있는 방법에 대한 것이다. 역세척의 장점은 시료를 도입하는 흡입부 입구까지 세척이 가능하다는 것과 수분의 유입으로 센서 주위와 연결관 내부에 생길 수 있는 수분을 외부로 배출시켜 측정의 정밀도를 높이고 센서의 수명 단축, 파손을 방지할 수 있는 특징을 지니고 있다.

Description

가스센서 흡입관의 역세척 방법 {Backwashing Method of Gas Sensor Plumbing}

본 발명은 가스센서를 이용하여 대기(공기) 중에 포함되어 있는 각종 대기 오염물질 및 악취 오염물질인 가스상 오염물질을 측정하는데 있어서 센서, 연결관, 밸브 등 측정하고자 하는 가스가 통과하는 부분의 오염을 방지하기 위하여 실행하는 세척 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 가스센서를 이용하여 오염물질을 측정하는 경우 측정하고자 하는 외부 공기를 펌프를 통하여 흡입하여 가스센서가 위치한 감지부 영역을 통과하게되며, 외부 공기에 포함된 대기 및 악취 오염물질을 전기적인 신호에 의하여 측정하게 된다. 이러한 과정에서 외부 공기에 포함되어 있는 오염물질을 흡입하는 연결관, 공기 흐름을 제어하기 위한 밸브, 가스센서 위치 공간 등 오염물질이 포함되어 있는 외부 공기가 흐르는 부분에서는 오염이 발생하게 되며, 이러한 오염을 방지하기 위하여 클린공기를 이용하여 세척을 하게 된다.

기존 제품의 세척 방법의 경우에는 시료를 흡입하는 방향과 동일한 정방향으로 세척을 행하는 방식이 사용되고 있다. 정방향 세척 시 문제점은 가스센서 위치 공간을 세척하고자 하는 방식에 따라서 외부공기에 포함되어 있는 오염물질을 흡입하는 연결관, 공기 흐름을 제어하기 위한 밸브 등을 세척하지 못하는 한계가 있으며, 따라서 연결관, 밸브 오염에 의한 가스센서의 전기적인 신호값에 오차가 크게 발생하게 된다. 이에 비해 본 발명에서는 시료 흡입방향인 정방향과 반대 방향인 역방향으로 클린공기를 이용하여 역세척을 실시할 수 있도록 하여 기존 방법에서는 세척이 어려운 외부 공기 유입 부위의 세척과 외부 공기에 포함되어 있거나 내-외부 온도차에 의해 발생한 수분을 외부로 배출할 수 있는 기능까지 이룰 수 있는 방법에 대한 것이다.

인체에 유해한 가스를 감지하는 센서를 비롯하여, 악취를 측정하는 센서까지 여러 종류의 가스센서가 개발되어 사용되고 있다. 가스센서에 의해 측정하려는 대상 가스의 종류나 사용 환경에 따라 여러 형태의 가스 측정 센서 제품이 있는데, 본 발명의 취지에 따른 분류를 해보면 크게 세척이 필요한 경우와 그렇지 않은 경우로 나눌 수 있다. (여기서 세척이란 클린공기를 흘려보내 시료에 의해 오염될 문제가 있는 부분을 깨끗하게 유지하도록 하는 기능을 말한다.)

도시가스 감지 센서를 예를 들면, 도시가스를 사용하는 곳에서는 도시가스 감지센서를 의무적으로 설치하고 있다. 도시가스가 누출되면 차단 밸브를 가동할 수 있도록 구성되어 있다. 이런 경우 가스센서는 항시 깨끗한 공기와 접촉하고 있다가 도시가스의 누출에 의해 반응하게 된다. 즉, 대부분의 시간을 깨끗한 공기와 접촉하고 있기 때문에 센서 오염에 대한 관리를 해주지 않아도 큰 지장이 없다.

그러나 각종 오염물질이 나오는 지점에 설치된 가스센서의 경우에는 오염된 공기와 접촉하고 있기 때문에 가스센서와 시료가 흐르는 연결관, 시료 흐름을 제어하는 밸브에서 오염이 발생할 수 있다. 따라서 오염물질 배출구 등과 같이 오염 정도가 심한 지점에 설치된 가스센서의 경우 세척 작업을 실시하지 않으면 흡입관 내부, 밸브, 센서를 오염 시킬 수 있기 때문에 측정하고자 하는 농도가 낮은 시료가 흡입되더라도 관 내부, 밸브, 센서 자체의 오염에 의해 정확한 측정을 방해할 수 있으며 센서의 수명도 단축되는 등의 문제를 발생시킬 수 있다.

본 발명에서는 이러한 센서 세척 방법 중에서 역세척 방법을 고안하여 기존의 세척방법보다 효율적이고, 외부로부터 유입되거나 내-외부 온도차에 의해 발생한 수분을 외부로 배출하여 센서 파손 등을 방지할 수 있는 세척방법을 고안하여 가스센서의 측정 효율을 높이고 센서의 수명을 연장하여 측정장비의 유지관리 비용을 최소화하기 위한 방법을 목적으로 한다.

본 발명은 가스센서 측정장비를 이용하여 냄새 등 가스상 오염물질을 측정하는 경우 시료를 도입하는 과정에서 발생할 수 있는 흡입관, 밸브, 센서array 공간 등의 오염을 방지하고, 흡입관, 밸브, 센서array 공간 등에 응축될 수 있는 수분을 외부로 배출하여 센서의 측정을 방해하고 센서가 고장 나는 것을 미연에 방지하기 위한 방법이다.

본 발명은 기존에 시판되고 있는 가스센서를 이용한 냄새 등 가스상 오염물질을 측정하는데 있어서 많은 문제점을 해결하는 방법에 대한 기술이다. 기존 측정방법은 공장 굴뚝 같은 배출구(고농도 가스상 오염물질 배출) 및 산업단지, 축산시설 등 냄새를 유발하고 있는 일반 대기(저농도 가스상 오염물질 분포)를 중심으로 오염물질을 흡입하는 연결관, 공기 흐름을 제어하기 위한 밸브, 센서가 포함되어 있는 센서array 공간 등을 정방향으로 통과하여 배출되도록 구성되고 있다. 따라서 흡입되는 공기에 포함된 냄새물질 등 다양한 가스상 오염물질에 따라서 연결관, 밸브, 센서array 공간을 오염시키게 된다. 이러한 현상을 해결하기 위해서 기존 제품에서는 센서array 공간만을 세척하고자 활성탄 또는 실리카겔 등의 흡착제가 포함되어 있는 클린공기생성기를 센서array 공간 이전에 연결하여 클린공기생성기를 통과한 외부의 깨끗한 공기로 세척하는 방법을 사용하고 있으며, 이러한 방법은 흡입하는 연결관, 공기 흐름을 제어하기 위한 밸브를 세척하지 못하기 때문에 이들 공간에 대한 오염에 의한 오차를 해결하지는 못하는 실정이다. <그림 1>에 정방향 세척의 문제점을 확인할 수 있는 흡입관의 오염현상을 나타내었으며, 이러한 문제점을 해결하기 위한 기술적 방안이 필요하였다.

오염 전 흡입관 오염 후 흡입관

<그림 1> 가스상 오염물질 흡착에 의한 흡입관 오염 현상

특히, 정방향 세척에 있어서 센서 수명과 관련된 또 다른 문제점은 배출구 및 일반 대기 중의 가스상 오염물질을 흡입하는 과정에서 흡입관 및 밸브 등에서 외기 온도와의 차이로 인하여 수분이 응축되는 현상이 있으며, 응축된 수분이 센서의 수명을 단축시키는 것으로 확인되었다. 이와 같이 기존 냄새 등 가스상 오염물질을 측정하는 장비의 경우에는 흡입하는 연결관, 공기 흐름을 제어하기 위한 밸브, 센서가 포함되어 있는 센서array 공간 등을 정방향으로 통과하여 센서에 의한 측정결과의 신뢰성을 낮추게 되는 문제점과 외기 온도와의 차이로 인한 수분 응축 현상에 의한 센서의 수명 단축에 의한 유지관리 비용을 높이는 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위한 기술적인 방법에 대한 개발이 필요하였다.

이에 본 발명에서는 흡입하는 연결관, 공기 흐름을 제어하기 위한 밸브, 센서가 포함되어 있는 센서array 공간 등을 역방향으로 모든 공간을 세척하는 방법을 개발하였다. <그림 2>에 정방향 세척 결과와 역방향 세척시 가스센서를 통한 실시간 모니터링 결과를 나타내었다. 정방향 세척시 응축된 수분의 직접적인 영향으로 이상신호가 발생됨을 확인 할 수 있고, 이러한 수분의 장기적인 영향은 센서의 수명단축과 빈번한 고장을 야기하고, 센서를 자주 교체해야 하는 현상이 발생함을 확인 할 수 있다. 하지만, 역세척 방법 기술을 적용하면서 부터는 센서array에 포함되어 있는 2개의 가스센서가 지속적으로 성능을 유지하고 있음을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 앞에서 언급한 문제점을 해결하기 위하여 센서array 공간, 밸브 및 흡입관을 역방향으로 세척하여 센서의 수명을 높이고, 센서에 의한 측정결과의 효율성 및 안정성을 높이고자 역세척 방법을 개발하였다. 역세척 방법 기술 적용은 가스센서를 이용한 냄새 측정장비 등의 유지관리 비용을 절감할 수 있으며, 센서의 효율성, 안정성을 높일 수 있는 획기적인 방법이라 할 수 있다.

<그림 2> 정방향 세척과 역방향 세척 차이점 비교

특히, 역방향 세척에 있어서는 정방향 세척과는 다르게 흡착제 등이 포함되어 있는 클린공기생성기를 선택적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 기존 제품에서는 단순하게 센서array 공간만을 세척하여 센서 자체로서의 성능유지만을 유지하기 위하여 흡착제가 포함되어 있는 클린공기생성기를 센서array 공간 이전에 연결하여 클린공기생성기를 통과한 클린공기로 세척하는 방법을 사용할 수 밖에 없다. 하지만, 본 발명에서 개발된 방법을 사용하게 되면, 오염물질 농도에 따라서 선택적으로 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 예를 들어, 공장 굴뚝 같은 배출구(고농도 가스상 오염물질 배출)의 경우에는 센서에서 반응하는 농도 자체가 고농도로 유지되기 때문에 흡착제가 포함되어 있는 클린공기생성기를 통과한 공기 보다는 외기에 의한 공기로 역세척을 통하여 센서의 안정성을 높일 수 있으며, 이러한 방법은 활성탄 흡착제 교체 비용을 절감할 수 있으며, 이에 따른 가스상 오염물질 측정 장비의 유지관리 비용을 저감할 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한, 오염물질 농도가 저농도로 유지되고 있는 산업단지, 축산시설 등에서 유발하는 냄새와 같은 가스상 오염물질의 경우에도 흡착제가 포함되어 있는 클린공기생성기를 통과한 공기 보다는 외부에 의한 공기로 역세척을 통하여 센서의 안정성을 높일 수 있다. 이러한 이유는 저농도 냄새가 감지되는 일반 대기 중의 경우에는 냄새와 같은 가스상 오염물질이 지속적으로 감지되는 것이 아닌 풍향, 풍속 등 기상상황에 따라서 간헐적으로 감지되기 때문이며, 냄새가 감지되지 않을 경우에는 일반 공기는 깨끗한 공기로 판단할 수 있기 때문이다. 따라서 역세척 방법에 의한 가스센서를 이용한 가스상 오염물질 측정방법의 경우에는 흡착제가 포함된 클린공기생성기를 통과한 외부공기로 세척하는 방법을 선택적으로 활용할 수 있다. 이러한 방법은 활성탄과 같은 흡착제 비용을 절감할 수 있으며, 이에 따른 가스상 오염물질 측정 장비의 유지관리 비용을 저감할 수 있는 장점을 가지고 있다.

기존 가스센서를 이용한 냄새 등 가스상 오염물질을 측정하는 방법은 정방향의 흐름이 지속적으로 유지됨으로 인하여, 흡착제를 통과한 클린공기를 이용하는 세척을 진행하는 센서가 위치한 공간을 제외하고는 흡입하는 연결관, 공기 흐름을 제어하기 위한 밸브를 세척하지 못하기 때문에 측정시 이들 공간의 오염에 의한 오차가 발생하는 문제점이 상존하고 있다. 또한, 정방향의 흐름이 지속적으로 유지됨으로 인하여 연결관과 밸브 등에서 장비 내-외부 온도 차이로 인해 생성된 응축된 수분으로 인하여 센서의 수명 단축 및 고장의 원인이 되고 있어 측정장비의 유지관리 비용을 높이는 원인으로 작용하고 있다. 이로 인하여 냄새 등 가스상 오염물질 측정장비를 사용하고자 하는 기관 및 사용자가 장비 사용 문제점을 지적하고 있으며, 유지관리 비용 상승으로 인하여 구입예산에 대한 압박으로 작용하고 있어 장비의 활용성에 문제점을 내포하고 있다.

이에 본 발명에서는 앞에서 언급한 문제점을 해결하고자 가스센서를 이용한 가스상 오염물질 측정 방법에 있어서 역세척을 이용하여 센서, 흡입관, 밸브 등의 오염을 방지하여 정확한 측정을 지속할 수 있도록 하며, 특히 흡입관을 통해 유입된 수분 및 초미세 먼지 등을 역세척 하는 동안 외부로 내보낼 수 있기 때문에 수분에 의한 센서의 파손을 막고 센서의 수명을 연장할 수 있어 가스센서 측정장비의 유지비용을 절약할 수 있으며, 보다 정확한 측정을 할 수 있는 효과가 있다. 향후 본 발명에 의한 기술이 적용된 냄새 등 가스상 오염물질 측정장비는 장비의 효율성 향상, 유지관리 비용 최소화를 통하여 장비 사용의 파급효과가 상당부분 발생할 수 있는 효과가 있을 것이다.

도 1은 본 발명에서 측정하고자 하는 가스를 흡입하여 측정하는 경우의 가스 흐름도
도 2는 본 발명에서 클린공기생성기를 통과한 클린공기를 이용하여 역세척을 하는 경우의
가스 흐름도
도 3은 본 발명에서 외부공기를 이용하여 역세척을 하는 경우의 가스 흐름도
도 4은 기존 가스센서 측정장비에서 시료를 흡입하는 경우의 가스 흐름도
도 5는 기존 가스센서 측정장비에서 세척하는 경우의 가스 흐름도

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 구성은 배출구 또는 일반대기 중으로부터 흡입관을 통해 시료를 도입하여 가스센서를 통과 시키면서 흡입 공기에 포함된 가스를 측정하고 배출하는 일련의 과정을 거친다.

도 1은 시료 가스를 도입하는 가스 흐름을 나타내고 있다. 펌프(150)를 가동하여 시료를 도입하기 시작하면 컨트롤 장치에서 각 밸브를 다음과 같이 작동시킨다. 제1 밸브(130)는 좌우 방향이 열리고 위쪽 방향은 닫히도록 조절한다. 이렇게 밸브를 조작하면, 펌프(150)가 작동할 때, 110번에서 측정하고자 하는 가스를 흡입하고 흡입관(115)과 가스센서(120)를 지나면서 가스와 센서가 반응하게 된다. 제2 밸브(140)는 왼쪽과 위쪽 방향이 열리고 오른쪽 방향이 닫히게 조절한다. 펌프(150)를 거친 후 제3 밸브(160)에서는 좌우 방향이 열리고 위쪽 방향이 닫힌 상태로 시료 도입을 위해 흡입된 공기를 배출하게 된다. 시료를 흡입하여 센서를 지나고 나면 흡입관과 센서까지의 부위가 시료 가스에 의해 오염되며, 외부 공기 흡입과정에서 배출구의 습도가 높거나 내-외부 기온차가 큰 경우 외부 공기가 흘러간 지점에는 수분이 응축되는 현상이 발생하게 된다.

도 2는 역세척 과정의 클린공기 흐름도이다. 도 1에서 설명한 방법으로 시료를 흡입한 후 오염된 관로와 센서를 세척하기 위한 작업을 위해 펌프(150)를 가동하여 클린공기를 흡입한다. 클린공기는 세척을 위한 깨끗한 공기이며 외부 공기가 활성탄 또는 실리카겔과 같은 흡착제가 포함된 클린공기생성기(170)를 통과하면서 외부 공기의 이물질이 흡착제에 흡착되어 클린공기가 생성된다. 펌프(150)가 작동하면 컨트롤 장치에서는 각 밸브를 다음과 같이 작동시킨다. 제2 밸브(140)는 왼쪽 방향이 닫히고 위쪽 방향과 오른쪽 방향이 열려 외부공기가 흡착제가 포함된 클린공기생성기(170)를 통과하게 하여 클린공기를 생성한다. 제3 밸브(160)에서는 왼쪽과 상단 밸브가 열리고 오른쪽 밸브는 닫히게 되어 클린공기를 제1 밸브(130) 쪽으로 보낸다. 제1 밸브(130)는 왼쪽과 위쪽 방향이 열리고 오른쪽이 막히게 조절한다. 클린공기는 가스센서(120)를 통과해 배출구 또는 일반 대기(110) 쪽으로 흐르게 된다. 클린공기 흐름을 통해 가스센서와 밸브 연결관 등이 세척된다. 이 과정에서 관 내부, 밸브, 가스센서에 있는 오염물질 뿐만 아니라 시료 도입시 흡입된 미세먼지와 수분도 함께 외부로 배출하게 된다. 110번에서 유입한 가스가 흘러가는 흡입관(115) 부분까지 세척을 할 수 있게 된다.

도 3은 역세척 과정에 있어서 외부공기의 흐름도이다. 펌프(150)를 가동하여 외부공기를 흡입한다. 외부공기는 측정 대상 농도가 배출구와 같은 고농도인 경우에 적용할 수 있으며, 측정하고자 하는 지역에 따라서 깨끗한 외부공기를 선택적으로 사용하게 된다. 펌프(150)가 작동하면 컨트롤 장치에서는 각 밸브를 다음과 같이 작동시킨다. 제2 밸브(140)는 왼쪽 방향이 닫히고 위쪽 방향과 오른쪽 방향이 열려 역세척 입구(210)를 통하여 외부공기가 직접적으로 유입하게 된다. 제3 밸브(160)에서는 왼쪽과 상단 밸브가 열리고 오른쪽은 닫히게 되어 외부공기를 제1 밸브(130) 쪽으로 보낸다. 제1 밸브(130)는 왼쪽과 위쪽 방향이 열리고 오른쪽이 막히게 조절한다. 외부공기는 가스센서를 통과해 배출구 또는 일반 대기(110) 쪽으로 흐르게 된다. 외부공기 흐름을 통해 가스센서와 밸브 연결관 등이 세척된다. 이 과정에서 관 내부, 밸브, 가스센서에 있는 오염물질 뿐만 아니라 시료 도입시 흡입된 미세먼지와 수분도 함께 외부로 배출하게 된다. 110번에서 유입한 가스가 흘러가는 흡입관(115) 부분까지 세척을 할 수 있게 된다.

도 4는 정방향 세척을 하는 장비 구성에서의 시료가스 흐름을 나타내었다. 제1 밸브(130)의 좌우방향이 열리고 상단 밸브는 차단한 상태로 펌프(150)를 작동하면 110번에서 흡입관(115)을 거쳐 시료를 흡입하게 된다.

도 5는 정방향 세척을 하는 장비에 사용하는 세척 방법에 의한 클린공기 흐름을 나타내었다. 펌프(150)가 작동하면서 제1 밸브(130)의 왼쪽 밸브를 막고 상단과 오른쪽 밸브를 열어 클린공기생성기(170)를 통과한 클린공기를 흡입하는 방법으로 세척을 한다. 정방향 세척방법에서는 클린공기가 통과하지 않는 흡입관(115) 부분의 세척이 어렵기 때문에 도 4에서 시료흡입시 오염된 흡입관(115) 부분을 통과하기 때문에 측정시 오류가 발생할 수 있다. 또한 관내부로 유입된 수분 제거가 어렵기 때문에 수분이 많은 환경이거나 내-외부 온도차가 심한 경우 수분이 응결하여 센서의 수명이 단축되고 쉽게 고장 나는 현상을 일으키게 된다.

본 발명은 기존 정방향 세척시 흡입관(115)의 세척이 어려운 부분을 해결하고 외부로부터 유입된 습기 또는 내-외부 온도차에 의해 발생한 습기를 외부로 보내는 역세척 기능을 적용하여 측정의 정확성을 높이고 수분으로 인한 센서의 고장을 막고 수명을 연장하는 역세척 방법에 관한 것이다.

Claims (4)

1. 가스센서(120)를 이용한 가스 측정을 위해 펌프(150)가 가동될 경우에는, 컨트롤 장치의 밸브 작동 제어에 따라, 배출구 또는 일반대기(110) 중으로부터 흡입관(115)을 통해 상기 가스센서(120)에 시료 가스가 통과되고, 상기 가스센서(120)를 통과한 시료 가스는 상기 가스센서(120)와 연결된 제1 밸브(130), 상기 제1 밸브(130)와 상기 펌프(150) 사이에 연결된 제2 밸브(140), 상기 펌프(150), 그리고 상기 펌프(150)와 상기 제1 밸브(130) 사이에 연결된 제3 밸브(160)를 거쳐 배출되는 가스센서 측정장비에서, 상기 흡입관(115)을 역세척하는 방법으로서,
   상기 흡입관(115)의 역세척을 위해 상기 펌프(150)가 가동될 경우에는, 상기 컨트롤 장치의 밸브 작동 제어에 따라, 상기 흡입관(115)의 역세척을 위한 공기가 상기 제2 밸브(140), 상기 펌프(150), 상기 제3 밸브(160), 상기 제1 밸브(130), 상기 가스센서(120), 그리고 상기 흡입관(115)을 거쳐 상기 배출구 또는 일반대기(110) 쪽으로 흐르는 것을 특징으로 하는 가스센서 흡입관의 역세척 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡입관(115)의 역세척을 위한 공기는, 흡착제가 포함된 클린공기생성기(170)를 외부공기가 통과함에 따라 생성되는 클린공기인 것을 특징으로 하는 가스센서 흡입관의 역세척 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡입관(115)의 역세척을 위한 공기는, 외부공기인 것을 특징으로 하는 가스센서 흡입관의 역세척 방법.
4. 삭제

Images