KR101983660B1 - 누설감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누설감지장치에 관한 것으로, 특히 누설되는 각종 화학용액을 정전용량방식으로 센싱하고, 비 또는 눈은 물론 누설되는 용액의 종류까지 판별하여 알람을 발생하도록 한 누설감지장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 누설되는 용액에 의해 커패시턴스가 형성되는 누설감지센서; 다수의 용액에 대한 커패시던스의 충전량에 대한 데이터가 저장된 메모리; 미리 설정된 전압까지 상기 누설감지센서의 커패시턴스에 충전되는 시간을 카운트하고, 그 카운트된 시간과 인가된 충전 전압에 의해 커패시턴스의 충전량을 계산하며, 그 계산된 충전량을 상기 메모리에 저장된 데이터와 비교하여 용액의 종류를 판별하며, 그에 따른 경보신호를 출력하는 MCU;를 포함하여 구성된다.

Description

누설감지장치{Leak detection apparatus}

본 발명은 누설감지장치에 관한 것으로, 특히 누설되는 각종 화학용액을 정전용량방식으로 센싱하고, 비 또는 눈은 물론 누설되는 용액의 종류까지 판별하여 알람을 발생하도록 한 누설감지장치에 관한 것이다.

도1은 등록특허 제10-1571398호에 나타난 '누액 감지 센서'의 구조를 보인 도로서, 불소계 합성수지로 형성되는 베이스 기재(11); 상기 베이스 기재(11) 상에 형성되며, 도전성 불소계 합성수지로 형성된 제1 및 제2 도전라인(12,13)을 가지는 검출부(D); 상기 베이스 기재(11) 상에 상기 검출부(D)를 둘러싸도록 형성되며, 상기 제1 및 제2 도전라인(12,13)과 연결되고, 도전성 불소계 합성수지로 형성되는 보조 패턴(14); 합성수지재 기판 또는 금속 기판으로 되어 상기 베이스 기재(11)의 하부면에 위치하는 지지기판(15)으로 되어 있다.

베이스 기재(11)는 250㎛ 정도의 두께를 갖는 불소계 합성수지로서, 에틸렌테트라플루오로에틸린(ETFE, Ethylenetetrafluoroethylene) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)로 되어 있으며, 제1 및 제2도전라인(12,13), 그리고 보조패턴(D)은 도전성 불소계 합성수지로서 불소계 합성수지에 도전성을 갖는 카본 블랙 또는 아세틸렌 블랙이 혼합된 형태이다.

지지기판(15)은 2~5mm 두께의 합성수지 기판 또는 금속기판으로 되어 있어서, 필름형태인 베이스 기재(11)가 평판의 형태로 누액되는 위치의 하부에 설치될 수 있도록 지지하게 된다.

따라서, 상부로부터 누액이 발생하여 낙하되면, 제1 및 제2도전라인(12,13), 그리고 보조 패턴(14)을 서로 통전시킴으로써 누액 상태를 감지할 수 있게 된다.

그런데, 이러한 종래의 누액 감지센서는 물, 산 용액, 알칼리 용액 등 도전성을 가지는 액체의 누액을 감지할 수 있지만, 이를 선택적으로 감지하지는 못한다.

즉, 옥외에 설치된 경우에 유해화학물질인 산 용액 또는 알칼리 용액만을 감지하여야 하지만, 비 또는 눈이 오는 경우에도 이를 감지하게 되므로 유해화학물질의 누설이 아닌 경우에도 불필요한 경보가 발생하게 된다.

이러한 경우에 불필요한 잦은 경보에 의해 신뢰성이 저하됨은 물론 유지보수에 있어서도 결코 이롭지 못하다.

<선행기술문헌>

- 등록특허 제10-1571398호

(누액 감지 센서)

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 주된 목적은, 누설되는 유해화학용액을 물과는 구별하여 선택적으로 감지할 수 있도록 함은 물론 누설되는 용액의 종류까지 구별이 가능하도록 누설감지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 누설감지장치는,

누설되는 용액에 의해 커패시턴스가 형성되는 누설감지센서;

다수의 용액에 대한 커패시던스의 충전량에 대한 데이터가 저장된 메모리;

미리 설정된 전압까지 상기 누설감지센서의 커패시턴스에 충전되는 시간을 카운트하고, 그 카운트된 시간과 인가된 충전 전압에 의해 커패시턴스의 충전량을 계산하며, 그 계산된 충전량을 상기 메모리에 저장된 데이터와 비교하여 용액의 종류를 판별하며, 그에 따른 경보신호를 출력하는 MCU;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 누설감지센서는

내식성 및 내화학성이 우수한 재질로 된 베이스 필름;

상기 베이스 필름의 상부면에서 서로 간격을 두고 한 쌍으로 형성되어 그 면적과 간격에 의해 정전용량을 형성하는 도전라인;으로 구성되고,

상기 베이스 필름의 상부로는 커버 필름이 부착되고, 상기 커버 필름에는 한 쌍의 도전라인에 해당하는 위치에서 길이방향으로 일정간격마다 홀이 형성되어 상기 도전라인을 외부로 노출시키도록 구성된다.

본 발명에 따른 누설감지장치는 누설되는 유해화학용액을 정전용량에 의해 물과는 구별하여 감지함으로써 물에 의한 불필요한 경보가 발생하지 않게 되어 신뢰성을 높이는 장점이 있다.

아울러, 커패시턴스의 충전시간을 측정하여 화학용액의 종류까지 판별할 수 있으므로, 이에 대한 즉각조치가 가능하여 환경오염을 방지할 수 있음은 물론 누설에 따른 인적 및 물적 피해를 최소화할 수 있는 장점이 잇는 것이다

도1은 종래의 누액 감지 센서의 구조를 보인 도.
도2는 본 발명에 의한 알람모듈의 외관 형태를 보인 도.
도3은 알람모듈의 회로 블럭도.
도4는 본 발명에서 일예로 적용된 정전용량형 누설감지센서를 보인 도.
도5는 누설감지센서의 단면 구조도.
도6은 커버필름이 적층된 상태를 보인 누설감지센서의 단면 구조도.
도7은 용액의 종류를 판별하는 과정을 설명하기 위한 그래프.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다.

따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도2는 본 발명에 의한 알람모듈의 외관 형태를 보인 도이고, 도3은 알람모듈의 회로 블럭도이다.

도2에서와 같이 알람모듈(10)은 그 전면부에 LCD로 된 디스플레이부(130)가 구비되어 있고, 그 하측에 키입력부(160)가 구비되며, 상측에는 표시부(140)가 형성되어 있다.

디스플레이부(130)는 관리자로부터 키입력부(160)를 통해 설정되는 설정값과 각종 운용상태를 가시적으로 표시하는 것으로, 센싱전압 및 충전시간 설정 상태, 센싱된 용액종류, 경보상태 등의 종합적인 정보를 표시하게 된다.

이러한 디스플레이부(130)는 128×64 도트 그래픽 LCD를 사용함으로써 시인성을 높이고, 경우에 따라서는 그래픽 처리도 할 수 있어서 운용상태를 쉽게 확인할 수 있도록 한다.

표시부(140)는 복수의 LED로 구성되어 있어서, 정상적인 동작상태, 다른 장치와의 통신상태, 경보상태에 따라 각각 다른 색상으로 점등함으로써 멀리서도 주요 운용상태를 정확히 확인할 수 있도록 한다.

예를 들어 정상적인 동작상태인 경우에는 파란색의 LED를 점등하고, 통신상태인 경우에는 노란색의 LED를 점등하며, 누설을 감지한 경우에는 빨간색의 LED를 점등하게 된다.

도3은 이러한 알람모듈(10)의 내부 회로 블럭을 보인 도로서, MCU(100)는 정전용량방식 누설감지센서(200)의 커패시턴스 충전시간을 카운트하여 이 충전시간으로 커패시턴스의 충전량을 계산하게 된다.

즉, 누설감지센서(200)에 누설되는 화학용액 또는 비, 눈 등에 의해 물이 접촉하게 되면, 누설감지센서(200)가 커패시터로 동작하여 커패시턴스가 발생된다.

상기 MCU(100)는 이러한 커패시턴스의 충전전압이 설정된 전압에 도달하는 시간을 카운트하고, 이 카운트된 시간과 설정된 전압에 의해 커패시턴스의 충전량을 하기 수학식1에 의해 계산하게 된다.

여기서, v는 설정된 전압이고,

t는 설정된 전압까지 충전되는 시간이다.

각 용액은 충전량이 모두 다르므로, 이러한 충전량에 의해 MCU(100)는 용액의 종류를 판별할 수 있는데, 이때 메모리(120)에는 감지할 각 용액의 충전량에 대한 데이터가 저장되어 있으므로, MCU(100)는 메모리(120)에 저장된 충전량에 대한 데이터와 계산된 충전량 데이터를 서로 비교하여 용액의 종류를 판별할 수 있는 것이다.

도7은 MCU(100)에 의해 용액의 종류를 판별하는 과정을 설명하기 위한 그래프로서, A용액과 B용액, 그리고 C용액은 설정전압(ref.)까지 충전되는 시간이 모두 t1, t2, t3의 서로 다른 시간으로 충전되므로, 그 충전전압과 충전시간을 곱하게 되면 충전량이 계산되므로, 이러한 충전량에 의해 용액의 종류까지 판별하게 된다.

예를 들어 t1 시간에 충전되는 A용액의 경우에는 산용액으로 판별하고, t2 시간에 충전되는 B용액의 경우에는 물로 판별하며, t2 시간에 충전되는 C용액의 경우에는 알칼리용액으로 판별하게 된다.

이를 위해 메모리(120)에는 예를 들면 산용액의 경우 충전량이 100nF, 물인경우에는 10nF, 알칼리용액의 경우에는 150nF로 충전량에 대한 데이터가 저장되어 있다면, MCU(100)는 그 각 A,B,C 용액의 충전량과 메모리(120)에 저장된 충전량에 대한 데이터를 서로 비교하여 산용액인지, 알칼리용액인지, 아니면 물인지를 판별하여 경보신호를 출력하게 되는 것이다.

상기의 메모리(120)는 충전량에 대한 데이터는 물론 시시각각 발생하는 이벤트 즉, 커패시턴스 변화를 저장하게 된다.

스위칭부(110)는 복수개의 누설감지센서(200)를 MCU(100)의 제어에 의해 스위칭하여 시분할방식으로 복수의 누설감지센서(200)로부터 순차적으로 값을 입력받음으로써 고장의 확률이 낮고, 또한 구조가 간단해질 수 잇다.

부저(150)는 상기 MCU(100)로부터 출력되는 경보신호에 의해 동작하여 청각적으로 경보음을 발생하게 된다.

RTC 백업부(170)는 리얼타임클럭(Real Time Clock)을 제공하여 실제 캘린더 기능을 하며,특히 특정시점에 대한 정의와 기록 등에 사용된다.

통신부(180)는 RS-232, RS-485, 이더넷 통신이 가능한 것으로서, RS-232의 경우에는 15미터 이내의 단거리 결선을 이용한 통신을 지원하게 되고, RS-485는 장거리 결선을 이용한 통신을 지원하며, 이더넷은 원격에서 펨웨어를 업그레이드함과 아울러 원격지에서 알람모듈(10)을 확인 및 제어할 수 있다.

또한, 이러한 통신부(180)를 통하여 원격지와의 통신에 의해 누설에 따른 알람상태를 원격지로 전송함으로써 원격지 모니터링이 가능하게 된다.

한편, 도4는 본 발명에서 일예로 적용된 정전용량형 누설감지센서(200)를 보인 도이고, 도5는 누설감지센서의 단면 구조도로서, 베이스 필름(201)은 내산성 및 내화학성이 뛰어난 PI, 테프론 등 재질로 된 필름으로서, 상부면에는 한 쌍의 도전라인(210,220)이 서로 간격을 두고 형성되어 있다.

도전라인(210,220)은 누설되는 액체 즉, 물, 산성 용액, 알칼리 용액 등을 검출하기 위하여 일정한 간격을 두고 나란히 형성되는 구조이며, 이러한 도전라인(210,220)도 도전성을 가지면서도 화학용액 즉 강산, 약산, 강알칼리, 약알칼리 등의 화학용액에 부식되거나 용해되지 않는 재질로 형성되어야 한다.

즉, 반영구적으로 반복적인 사용을 위해서 전도성을 가지면서도 내산성 및 내화학성이 뛰어난 재질로 도전라인(210,220)이 형성되어야 하는 것이다.

상기 도전라인(210,220)의 간격은 3~6mm 내외이고, 폭 또한 3~6mm 정도를 가지는 것이 바람직하다.

이러한 도전라인(210,220)은 마찬가지로 산 또는 알칼리 성분에 의해 부식 등의 손상이 발생하지 전도성이 뛰어난 금속 재질로 형성되어야 하는데, 복수의 금속층이 적층되어 형성될 수 있다.

베이스 필름(201)은 폭이 2~3cm의 크기를 가지며, 길이는 수cm에서 수십m의 길이를 가질 수 있다.

상기 도전라인(210,220)에 정전용량 발생을 위한 전원이 인가되는 경우에 두 도전라인(210,220)에 걸쳐서 커패시턴스가 형성된다.

따라서, 물 또는 산 용액 또는 알칼리 용액이 제1도전라인(210)과 제2도전라인(220)에 걸쳐서 접촉하게 되면, 그 도전라인(210,220) 사이에서 발생하는 커패시턴스의 충전량을 상기 MCU(100)에서 계산하여 용액의 종류를 판별할 수 있는 것이다.

도전라인(210,220)은 도5에서와 같이 각각 3개의 층으로 이루어지는데, 제1층(211,221)은 베이스 필름(201)의 상부면에 형성되는 것으로서, 에칭 방법에 의해 형성된다.

즉, 베이스 필름(201)의 상부면 전체에 동박층이 형성된 상태에서 도전라인(210,220)을 형성할 부분만 마스킹하여 나머지 동박 부분은 부식시킴으로써 구리로 된 도전라인(210,220)을 형성하는 것이다.

이러한 제1층(211,221)은 약 13~20㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

즉, 너무 두꺼우면 베이스 필름(201)이 접힐 때 쉽게 박리가 발생할 수 있고, 너무 얇으면 제2층(212,222)이 쉽게 부착되지 못하게 되므로, 13~20㎛의 두께를 가지는 것이 실험적으로 가장 좋은 결과를 나타내었다.

또한, 이렇게 제1층(211,221)을 구리층으로 형성하는 이유는 가장 상부층인 제3층(213,223)이 곧바로 베이스 필름(201)에 도금에 의해 직접 부착되지 않으므로, 먼저 구리층으로 제1층(211,221)을 형성하는 것이다.

상기 제1층(211,221)의 상측으로는 제2층(212,222)이 도금 방식에 의해 적층되는데, 상기 제2층(212,222)은 1~1.5㎛ 정도의 두께를 갖는 니켈-구리층으로서, 이는 제3층(213,223)을 형성하는 금으로 된 층이 곧바로 제1층(211,221)인 구리층의 상부면에 도금에 의해 곧바로 부착되지 않으므로 제1층(211,221)인 구리층과 도금으로 잘 부착되는 제2층(212,222)인 니켈-구리층을 먼저 형성하는 것이다.

이후, 금으로 된 제3층(213,223)이 0.03~0.07㎛의 두께로 도금에 의해 적층되는데, 이러한 제3층은 제1층(211,221)인 구리층에는 도금에 의해 곧바로 부착되지 않지만, 제2층(212,222)인 니켈-구리층에는 도금으로 잘 부착되어 적층된다.

결국, 내산성과 내화학성, 그리고 도전성이 우수한 금으로 된 제3층(213,223)을 도금에 의해 베이스 필름(201)의 상부면에 도전라인(210,220)을 형성하기 위하여 제1층(211,221)과 제2층(212,222)을 먼저 순차적으로 적층하여 형성한 다음 가장 상부층에 금으로 제3층(213,223)을 도금에 의해 적층하여 형성하는 것이다.

상기 베이스 필름(201)의 상부면으로는 도6에서와 같이 커버 필름(300)이 부착되며, 그 커버 필름(300)에는 일정간격마다 홀(310,320)이 형성되어 도전라인(210,220)을 외부로 노출시키게 된다.

이러한 홀(310,320)은 물에 의한 정전용량값의 큰 변화를 제한하기 위한 것으로서 약 1~2mm 정도의 직경을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 커버 필름(300)도 베이스 필름(201)과 마찬가지로 내산성 및 내화학성이 뛰어난 PI 또는 테프론 재질로 형성된다.

본 발명에서는 이러한 필름형태의 누설감지센서(200)를 일 예로 하여 설명하였지만, 그외 다양한 형태의 정전용량형 센서를 적용할 수 있을 것이다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

10 : 알람모듈 100 : MCU
110 : 스위칭부 120 : 메모리
130 : 디스플레이부 140 : 표시부
150 : 부저 160 : 키입력부
170 : RTC 백업부 180 : 통신부
200 : 누설감지센서
201 : 베이스 필름 210,220 : 도전라인
211,221 : 제1층(구리층) 212,222 : 제2층(니켈-구리층)
213,223 : 제3층(금층) 300 : 커버 필름
310,320 : 홀

Claims (3)

1. 누설되는 용액에 의해 커패시턴스가 형성되는 누설감지센서;
   다수의 용액에 대한 커패시턴스의 충전량에 대한 데이터가 저장된 메모리;
   상기 누설감지센서의 커패시턴스의 충전전압이 설정된 전압까지 도달하는 시간을 카운트하고, 그 카운트된 시간과 상기 설정된 전압에 의해 상기 누설감지센서의 커패시턴스의 충전량을 계산하며, 그 계산된 충전량을 상기 메모리에 저장된 데이터와 비교하여 용액의 종류를 판별하며, 경보신호를 출력하는 MCU;를 포함하여 구성되고,
   상기 메모리는 상기 누설감지센서로부터 시시각각 발생된 커패시턴스의 변화를 저장하며, 상기 MCU는 복수의 누설감지센서로부터 스위칭부에 의해 시분할방식으로 커패시턴스의 충전전압을 인가받도록 구성됨과 아울러,
   상기 누설감지센서는
   내식성 및 내화학성이 우수한 재질로 된 베이스 필름;
   상기 베이스 필름의 상부면에서 서로 간격을 두고 한 쌍으로 형성되어 그 면적과 간격에 의해 정전용량을 형성하는 도전라인;으로 구성되며.
   상기 각 도전라인은 3개의 층으로 구성되되,
   가장 하부의 제1층은 에칭에 의해 구리로 13~20㎛의 두께로 형성되고,
   상기 제1층의 상측으로 형성되는 제2층은 도금방식으로 니켈-구리층이 1~1.5㎛ 정도의 두께로 형성되며,
   상기 제2층의 상측으로는 금도금방식으로 0.03~0.07㎛의 두께를 갖는 제3층이 형성되는 것을 특징으로 하는 누설감지장치.
   
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