KR102381528B1 - 가스 공급 장치 및 가스 공급 방법 - Google Patents

가스 공급 장치 및 가스 공급 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 공급 장치와 가스 공급 방법에 관한 것이다.
본 발명의 가스 공급 장치는, 복수 종류의 가스가 공급라인을 통해 유동하며 혼합되어 탱크에 저장되는 구성으로 이루어지며, 상기 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합가스의 농도를 미리 설정된 설정농도로 조절하는 농도조절 프로세스가 설정된 제어부;를 포함한다.
상기 농도조절 프로세스는, 압력조절부를 제어하여 상기 공급라인에 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 압력을 각각 설정된 압력으로 조절하는 압력조절 프로세스와, 상기 복수 종류의 가스를 상기 공급라인을 따라 유동시키는 유동 프로세스 및, 유량조절부를 제어하여 상기 공급라인에 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 조절하여 상기 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합가스의 농도를 상기 설정농도로 조절하는 유량조절 프로세스를 순차 수행하는 구성으로 이루어진다.

Description

가스 공급 장치 및 가스 공급 방법{Gas Supply Device and Gas Supply Method}
이하의 설명은 가스 공급 장치와 가스 공급 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가스를 이용하는 장치는 각각의 목적에 적합한 가스를 일정한 농도와 압력으로 제공하기 위한 구성을 포함하여 이루어진다.
특히, 반도체 처리장비와 같이 정밀한 작업이 수행되는 가스소요처에 가스를 공급하는 가스 공급 장치의 경우, 제공되는 가스의 농도와 압력이 정밀한 오차 범위를 만족할 것이 요구된다.
종래기술에 의한 가스 공급 장치의 일례로, 복수 종류의 가스가 복수의 소스가스 공급라인을 통해 각각 공급되고, 상기 소스가스 공급라인을 유동하는 상기 복수 종류의 가스가 혼합되어 혼합가스 공급라인을 통해 탱크에 저장되며, 상기 탱크에 저장된 가스가 가스소요처로 공급되도록 이루어진 가스 공급 장치가 있다.
상기 가스 공급 장치에 의하면, 각각의 소스가스 공급라인에 구비된 압력조절부와 유량조절부를 통해 상기 복수 종류의 가스의 압력과 유량이 순차 조절되어 공급되며, 상기 혼합가스 공급라인에 구비된 가스분석부를 통해 상기 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합 가스를 분석하여 농도를 확인하게 된다.
상기 압력조절부와 상기 유량조절부에 의한 상기 복수 종류의 가스의 압력과 유량 조절 및 상기 가스분석부의 가스 분석은, 상기 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합가스가 안정적으로 적합한 농도로 형성되도록 하기 위한 것으로, 매우 중요하게 취급된다.
여기서, 상기 유량조절부의 정상 구동을 위해서는 상기 유량조절부의 입력단과 출력단 사이에 상기 유량조절부의 정상 구동을 위한 최소 압력차 이상의 압력차가 형성될 것이 요구된다.
그런데, 상기 가스 공급 장치를 운용함에 따라 상기 유량조절부의 입력단과 출력단 사이의 압력차가 상기 유량조절부의 정상 구동을 위한 최소 압력차에 미달되는 경우가 발생할 수 있었으며, 이와 같은 경우 상기 유량조절부에 의한 가스의 유량 제어가 정상적으로 이루어지지 않게 되었다.
상기와 같은 압력차 미달 상황은, 이물 끼임이나 노후화로 인한 부식 또는 세팅 미스 등에 의해 상기 압력조절부에 이상이 생겨 공급되는 가스의 압력에 오류가 발생하거나, 상기 탱크의 가스 충전이 시작되어 상기 소스가스 공급라인 내부의 가스가 순간적으로 급격히 유동하는 경우 또는 해당 소스가스 공급라인을 통해 공급되는 가스가 다른 사용처에 동시에 공급되는 경우 등, 상기 소스가스 공급라인 내부의 압력이 저하되는 경우에 발생할 수 있었다.
또한, 상기 소스가스 공급라인을 따라 가스가 유동하지 않는 상태에서 상기 압력조절부와 상기 유량조절부의 제어가 이루어지는 경우에도 상기 유량조절부의 입력단과 출력단 사이에 압력차가 형성되지 않아 상기 유량조절부에 의한 가스의 유량 제어가 정상적으로 이루어지지 않게 되었다.
이에 따라, 상기 유량조절부의 입력단과 출력단 사이의 압력차를 상기 유량조절부의 정상 구동을 위한 최소 압력차 이상으로 유지하여 상기 유량조절부에 의한 유량 제어가 안정적으로 이루어지도록 하기 위한 방안을 연구하게 되었다.
동시에, 탱크에 대한 과충전을 방지하고 탱크 내부의 가스 충전 상태를 안정적으로 유지하여, 상기 탱크에 충전된 가스를 상기 가스소요처로 안정적으로 공급하기 위한 방안을 연구하게 되었다.
또한, 상기 가스분석부는, 사용기간의 경과나 이물 끼임, 노후화 진행, 사고에 의한 눈금자 이동 등의 요인으로 분석값에 오차가 발생할 수 있어, 주기적인 교체 또는 교정을 통해 오차를 해소하고 가스 분석의 정확도를 높일 필요가 있었다.
이에 따라, 상기 가스분석부를 교체하거나, 상기 가스분석부를 분리하여 해당 가스분석부의 제조사 또는 기타 전문가에게 교정을 의뢰하는 등 주기적인 관리를 위한 인력과 비용 및 시간이 필요 이상으로 소모되었다.
이에 따라, 상기 가스분석부를 주기적으로 교정하여 가스 분석의 정확도를 적절하게 유지하는 동시에 상기 가스분석부의 교정을 보다 효율적으로 실시하여 관리 인력과 비용 및 시간을 절약하기 위한 가스분석부 교정 방안을 연구하게 되었다.
상기한 바와 같은 가스 공급 장치에 대한 선행기술의 일례로 대한민국 등록특허 제10-1659200호가 있다.
실시예는 상술한 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유량조절부에 의한 가스의 유량 제어가 정상적으로 수행되어 일정 농도의 혼합가스가 안정적으로 공급되는 가스 공급 장치 및 가스 공급 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 탱크의 가스 과충전을 방지하고 가스 충전 상태를 안정적으로 유지하여 탱크에 충전된 가스를 안정적으로 공급할 수 있는 가스 공급 장치 및 가스 공급 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 가스분석부의 주기적인 교정을 통해 가스 분석의 정확도를 적절하게 유지하고 교정을 보다 효율적으로 실시하여 관리 인력과 비용 및 시간을 절약할 수 있는 가스 공급 장치 및 가스 공급 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 일 실시예에 따른 가스 공급 장치는, 상이한 복수 종류의 가스가 각각 공급되며 압력조절부와 유량조절부를 통해 압력과 유량이 순차 조절되는 복수의 소스가스 공급라인과, 상기 복수의 소스가스 공급라인에 연결되어 상기 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합가스가 유동하는 혼합가스 공급라인을 포함하는 가스 공급 장치에 대한 것으로, 상기 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합가스의 농도를 미리 설정된 설정농도로 조절하는 농도조절 프로세스가 설정된 제어부;를 포함한다.
상기 농도조절 프로세스는, 상기 압력조절부를 제어하여 상기 소스가스 공급라인에 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 압력을 각각 설정된 압력으로 조절하는 압력조절 프로세스와, 상기 복수 종류의 가스를 상기 소스가스 공급라인을 따라 상기 혼합가스 공급라인을 향해 유동시키는 유동 프로세스 및, 상기 유량조절부를 제어하여 상기 소스가스 공급라인에 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 조절하여 혼합가스 공급라인을 유동하는 상기 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합가스의 농도를 상기 설정농도로 조절하는 유량조절 프로세스를 순차 수행하는 구성으로 이루어진다.
또한, 상기 소스가스 공급라인을 개폐하는 소스가스 공급라인 밸브;를 포함하고, 상기 압력조절 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 소스가스 공급라인 밸브를 닫아 상기 소스가스 공급라인으로 공급되는 상기 복수 종류의 가스가 유동하지 않도록 제어된 상태에서 수행되는 프로세스이며, 상기 유동 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 소스가스 공급라인 밸브를 열어 상기 소스가스 공급라인으로 공급되는 상기 복수 종류의 가스가 상기 혼합가스 공급라인을 향해 유동하도록 제어하는 프로세스일 수 있다.
또한, 상기 혼합가스 공급라인을 개폐하는 혼합가스 공급라인 밸브; 와, 상기 혼합가스 공급라인으로부터 분기되어 외부로 연결되는 벤트라인; 및, 상기 벤트라인을 개폐하는 벤트라인 밸브; 를 포함하되, 상기 벤트라인의 분기부는 상기 혼합가스 공급라인과 상기 복수의 소스가스 공급라인의 연결부와 상기 혼합가스 공급라인 밸브 사이에 구비되고,
상기 유동 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 소스가스 공급라인 밸브와 상기 벤트라인 밸브를 열고 상기 혼합가스 공급라인 밸브를 닫아 상기 혼합가스 공급라인으로 유입된 혼합가스가 상기 벤트라인을 통해 외부로 배출되도록 제어하는 프로세스일 수 있다.
또한, 상기 벤트라인을 유동하는 가스의 유량을 조절하는 벤트라인 유량조절부가 구비되고, 상기 농도조절 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 벤트라인 유량조절부의 구동을 제어하여 상기 벤트라인을 통해 외부로 배출되는 가스의 유량을 조절함으로써, 상기 유량조절부의 입력단과 출력단 사이의 압력차를 상기 유량조절부를 정상 구동을 위해 요구되는 최소 압력인 유량조절부 구동압력 이상의 값으로 유지하는 압력차유지 프로세스를 더 포함하여 구성되며, 상기 압력차유지 프로세스는 상기 유량조절 프로세스에 후행하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 압력조절부와 상기 유량조절부 사이에 구비되어 상기 압력조절부를 통해 압력이 조절된 가스의 압력을 측정하기 위한 공급가스 압력측정부; 및, 상기 혼합가스 공급라인을 유동하는 혼합가스의 압력을 측정하는 혼합가스 압력측정부; 를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 벤트라인 유량조절부의 구동을 제어하여, 상기 공급가스 압력측정부의 측정값과 상기 혼합가스 압력측정부의 측정값의 차가 상기 유량조절부 구동압력 이상의 값으로 유지되도록 할 수 있다.
또한, 상기 유량조절 프로세스에 있어서, 상기 제어부는, 하기 식을 이용하여 혼합가스의 농도가 설정농도를 만족하도록 하기 위한 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 산출한 후, 산출된 유량으로 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 조절하도록 이루어질 수 있다.
y = m * (n/100)
여기서, y는 상기 복수 종류의 가스 중 산출하고자 하는 어느 하나의 가스의 유량이고, m은 상기 공급라인을 통해 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 총 유량이며, n는 상기 설정농도이다.
또한, 상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 일 실시예에 따른 가스 공급 방법은, 상이한 복수 종류의 가스가 복수의 소스가스 공급라인을 통해 공급되며 압력조절부와 유량조절부를 통해 압력과 유량이 순차 조절된 후 혼합가스 공급라인으로 유동하며 혼합되는 가스 공급 장치를 이용한 가스 공급 방법에 대한 것이다.
상기 가스 공급 방법에 의하면, 상기 가스 공급 장치의 제어부에서, 상기 혼합가스 공급라인을 유동하는 혼합가스의 농도를 미리 설정된 설정농도로 조절하는 농도조절 프로세스를 수행한다.
상기 농도조절 프로세스는, 압력조절부를 제어하여 상기 소스가스 공급라인에 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 압력을 각각 설정된 압력으로 조절하는 압력조절 프로세스와, 상기 복수 종류의 가스를 상기 소스가스 공급라인을 따라 상기 혼합가스 공급라인을 향해 유동시키는 유동 프로세스 및, 유량조절부를 제어하여 상기 소스가스 공급라인에 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 조절하여 상기 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합가스의 농도를 상기 설정농도로 조절하는 유량조절 프로세스를 순차 수행하는 구성으로 이루어진다.
또한, 상기 소스가스 공급라인을 개폐하는 소스가스 공급라인 밸브;가 구비되고, 상기 압력조절 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 소스가스 공급라인 밸브를 닫아 상기 소스가스 공급라인으로 공급되는 상기 복수 종류의 가스가 유동하지 않도록 제어된 상태에서 수행되는 프로세스이며, 상기 유동 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 소스가스 공급라인 밸브를 열어 상기 소스가스 공급라인으로 공급되는 상기 복수 종류의 가스가 상기 혼합가스 공급라인을 향해 유동하도록 제어하는 프로세스일 수 있다.
또한, 상기 혼합가스 공급라인을 개폐하는 혼합가스 공급라인 밸브; 와, 상기 혼합가스 공급라인으로부터 분기되어 외부로 연결되는 벤트라인; 및, 상기 벤트라인을 개폐하는 벤트라인 밸브; 가 구비되고, 상기 벤트라인의 분기부는 상기 혼합가스 공급라인과 상기 복수의 소스가스 공급라인의 연결부와 상기 혼합가스 공급라인 밸브 사이에 구비되며, 상기 유동 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 소스가스 공급라인 밸브와 상기 벤트라인 밸브를 열고 상기 혼합가스 공급라인 밸브를 닫아 상기 혼합가스 공급라인으로 유입된 혼합가스가 상기 벤트라인을 통해 외부로 배출되도록 제어하는 프로세스일 수 있다.
또한, 상기 벤트라인을 유동하는 가스의 유량을 조절하는 벤트라인 유량조절부가 구비되고, 상기 농도조절 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 벤트라인 유량조절부의 구동을 제어하여 상기 벤트라인을 통해 외부로 배출되는 가스의 유량을 조절함으로써 상기 유량조절부의 입력단과 출력단 사이의 압력차를 상기 유량조절부를 정상 구동을 위해 요구되는 최소 압력인 유량조절부 구동압력 이상의 값으로 유지하는 압력차유지 프로세스를 포함하되, 상기 압력차유지 프로세스는 상기 유량조절 프로세스에 후행하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 압력조절부와 상기 유량조절부 사이에 구비되어 상기 압력조절부를 통해 압력이 조절된 가스의 압력을 측정하기 위한 공급가스 압력측정부; 및, 상기 혼합가스 공급라인을 유동하는 혼합가스의 압력을 측정하는 혼합가스 압력측정부;가 구비되고, 상기 제어부는, 상기 벤트라인 유량조절부의 구동을 제어하여, 상기 공급가스 압력측정부의 측정값과 상기 혼합가스 압력측정부의 측정값의 차가 상기 유량조절부 구동압력 이상의 값으로 유지되도록 할 수 있다.
또한, 상기 혼합가스 공급라인을 유동하는 혼합가스의 농도를 분석하는 가스분석부;가 구비되고, 상기 혼합가스 공급라인에 가스를 저장하는 탱크가 연결되며, 상기 제어부는, 상기 농도조절 프로세스를 수행한 후, 상기 가스분석부를 통해 측정된 가스의 농도가 미리 설정된 설정농도를 만족하는지 여부를 판단하여, 상기 가스분석부를 통해 측정된 가스의 농도가 미리 설정된 설정농도를 만족하는 경우, 상기 벤트라인 밸브를 닫는 동시에 상기 혼합가스 공급라인 밸브를 열어 상기 혼합가스 공급라인을 유동하는 혼합가스를 상기 탱크로 유동시켜 저장할 수 있다.
또한, 상기 유량조절 프로세스에 있어서, 상기 제어부는, 하기 식을 이용하여 혼합가스의 농도가 설정농도를 만족하도록 하기 위한 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 산출한 후, 산출된 유량으로 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 조절하도록 이루어질 수 있다.
y = m * (n/100)
여기서, y는 상기 복수 종류의 가스 중 산출하고자 하는 어느 하나의 가스의 유량이고, m은 상기 공급라인을 통해 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 총 유량이며, n는 상기 설정농도이다.
실시예에 따른 가스 공급 장치 및 가스 공급 방법에 의하면, 해당 유량조절부의 입력단과 출력단 사이의 압력차를 해당 유량조절부의 정상 구동을 위한 최소 압력차 이상으로 유지하여 유량조절부의 정상 구동을 안정적으로 유지함으로써 일정 농도의 혼합가스를 안정적으로 공급할 수 있다.
또한, 유량조절부의 입력단과 출력단 사이에 해당 유량조절부의 정상 구동을 위한 압력차가 형성된 상태에서 유량조절부에 의한 가스의 유량 제어가 수행되도록 함으로써 공급 초기 혼합가스의 농도 형성이 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 탱크 내부의 압력이 설정된 충전 시작 압력 이상이면 탱크에 대한 가스 충전을 시작하고, 탱크 내부의 압력이 설정된 충전 제한 압력에 도달하면 탱크에 대한 가스 충전을 중단하여, 과충전을 방지하고 탱크 내부의 가스 충전 상태를 안정적으로 유지함으로써, 탱크에 충전된 가스가 가스소요처로 안정적으로 공급되도록 할 수 있다.
또한, 가스분석부가 가스 공급 장치에 구비되어 그 역할을 수행하는 상태로 해당 가스 공급 장치의 제어부에 설정된 교정 프로세스를 통해 가스분석부의 교정을 실시할 수 있는 점에서 높은 효율성을 가지며, 별도의 관리 없이 주기적인 교정으로 가스 분석의 정확도를 적절하게 유지할 수 있어 인력과 비용 및 시간을 절약할 수 있다.
도 1은, 제1실시예에 의한 가스 공급 장치가 개략적으로 도시된 도면
도 2는, 농도조절 프로세스가 적용된 가스 공급 방법이 나타난 순서도
도 3은, 과충전 방지 프로세스가 적용된 가스 공급 방법이 나타난 순서도
도 4는, 교정 프로세스가 적용된 가스 공급 방법이 나타난 순서도
도 5는, 교정 프로세스를 설명하기 위한 그래프
도 6은, 제2실시예에 의한 가스 공급 장치가 개략적으로 도시된 도면
도 7은, 제3실시예에 의한 가스 공급 장치가 개략적으로 도시된 도면
도 8은, 제4실시예에 의한 가스 공급 장치가 개략적으로 도시된 도면
도 9는, 제5실시예에 의한 가스 공급 장치가 개략적으로 도시된 도면
이하 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 의한 가스 공급 장치 및 이를 이용한 가스 공급 방법에 대해 설명한다.
도 1에는 본 발명의 제1실시예에 의한 가스 공급 장치(1)가 도시되어 있다.
상기 가스 공급 장치(1)는, 서로 다른 복수 종류의 가스가 공급되며 혼합되는 공급라인(110,210,310)과, 상기 공급라인(110,210,310)으로부터 공급되는 가스가 저장되는 탱크(500)와, 상기 탱크(500)에 저장된 가스가 가스소요처(S)로 공급되는 가스소요처 연결라인(510) 및, 각 구성의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함하다.
상기 가스 공급 장치(1)는 상기 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합가스를 공급하기 위한 것으로, 특히 일정 가스들이 정밀한 비율로 혼합된 혼합가스가 요구되는 시설에 이용될 수 있으며, 일례로, 반도체 처리장비 등에 이용될 수 있다.
상기 공급라인(110,210,310)은, 상기 복수 종류의 가스가 각각 공급되는 복수의 소스가스 공급라인(110,210)과, 일측이 상기 복수의 소스가스 공급라인(110,210)에 연결되고 타측이 상기 탱크(500)에 연결된 혼합가스 공급라인(310)을 포함한다.
상기 제어부는 상기 공급라인(110,210,310)을 개폐하는 공급라인 밸브(140,240,340)의 구동을 제어하여 상기 공급라인(110,210,310) 배관내 가스의 유동을 제어할 수 있다.
상기 복수의 소스가스 공급라인(110,210)은 서로 다른 가스를 공급하는 복수의 소스가스 공급탱크(100,200)에 각각 연결될 수 있다.
각 소스가스 공급라인(110,210)에는, 공급되는 가스의 압력을 조절하는 압력조절부(120,220)와, 공급되는 가스의 유량을 조절하는 유량조절부(130,230) 및, 해당 소스가스 공급라인(110,210)을 개폐하는 소스가스 공급라인 밸브(140,240)가 구비될 수 있다.
상기 압력조절부(120,220)는 Press Regulator Valve(약칭 PRV)일 수 있으며, 상기 유량조절부(130,230)는 Mass Flow Controller(약칭 MFC)일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 압력조절부(120,220)와 상기 유량조절부(130,230)의 구동을 제어하여 각 소스가스 공급탱크(100,200)로부터 공급되는 가스의 압력과 유량을 설정된 값으로 순차 조절할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 소스가스 공급라인 밸브(140,240)의 구동을 제어하여 해당 소스가스 공급라인(110,210)을 개폐함으로써 배관내 가스의 유동을 제어할 수 있다.
상기 복수의 소스가스 공급라인(110,210)을 통해 공급된 복수 종류의 가스는 상기 혼합가스 공급라인(310)으로 유동하며 혼합되어 상기 탱크(500)로 유동한다.
상기 복수의 소스가스 공급라인(110,210)과 상기 혼합가스 공급라인(310)이 연결되는 연결부에는, 상기 복수의 소스가스 공급라인(110,210)으로부터 공급되는 복수 종류의 가스가 혼합되어 혼합가스를 형성하는 혼합부(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 혼합가스 공급라인(310)에는, 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하여 상기 탱크(500)로 유입되는 혼합가스의 압력을 측정하는 압력측정부인 혼합가스 압력측정부(320)와, 혼합가스를 분석하여 농도를 측정하는 가스분석부(330) 및, 상기 혼합가스 공급라인(310)을 개폐하는 혼합가스 공급라인 밸브(340)가 구비될 수 있다.
상기 가스분석부(330)는, 유입되는 가스 중 설정된 표적성분의 비율인 해당 표적성분의 농도를 측정하는 것으로, 상기 표적성분은 상기 복수의 소스가스 공급라인(110,120)을 통해 공급되는 상기 복수 종류의 가스 중 어느 하나에 포함된 성분일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 혼합가스 압력측정부(320)와 상기 가스분석부(330)의 측정값을 수신하여 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 혼합가스의 압력과 농도를 확인할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)의 구동을 제어하여 상기 혼합가스 공급라인(310)을 개폐함으로써 배관내 가스의 유동을 제어할 수 있다.
상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)는, 특히, 상기 혼합가스 공급라인(310)과 상기 탱크(500)가 연결되는 상기 탱크(500)의 입구측에 인접하도록 구비될 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)의 구동을 제어하여 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전 여부를 제어할 수 있다.
상기 혼합가스 공급라인(310)에는, 상기 혼합가스 공급라인(310)으로부터 분기되어 외부로 연결되는 벤트라인(410)이 연결될 수 있다.
상기 벤트라인(410)에는, 상기 벤트라인(410)을 개폐하는 벤트라인 밸브(420)와, 상기 벤트라인(410)의 개도를 조절하여 상기 벤트라인(410)을 통해 외부로 배출되는 가스의 유량을 조절하는 벤트라인 유량조절부(430)가 구비될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 벤트라인 밸브(420)의 구동을 제어하여 상기 벤트라인(410)을 개폐함으로써 상기 벤트라인(410)을 통한 가스의 배출 여부를 제어함으로써 배관내 가스의 유동을 제어하고, 상기 벤트라인 유량조절부(430)의 구동을 제어하여 상기 벤트라인(410)을 통해 배출되는 가스의 유량을 조절함으로써 배관내 가스의 압력 및 유량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)는, 상기 벤트라인(410)이 상기 혼합가스 공급라인(310)으로부터 분기되는 분기부와 상기 탱크(500) 사이의 유로를 차단하도록 구비될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 벤트라인 밸브(420)와 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)를 제어하여, 상기 분기부를 기점으로 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 혼합가스를 상기 탱크(500)로 유동시켜 저장할것인지 상기 벤트라인(410)을 통해 외부로 배출할 것인지 선택할 수 있다.
상기 탱크(500)는, 고온 고압의 가스를 저장할 수 있도록 소정의 두께를 갖는 높은 강성과 내열성 및 내압성을 가지는 재질로 구성되며, 가스에 반응하여 변질되거나 부식이 일어나 저장되는 가스의 성질 변화를 유발하지 않도록 내화학성 및 내식성을 가지는 재질로 구성될 수 있다.
상기 조건들을 만족하는 재질로는 스테인리스강(SUS)이 있다. 스테인리스강은 강성이 높고 내열성, 내식성, 내화학성이 우수하며 접근성이 좋고 경제적인 장점이 있어 여러 분야에서 많이 이용되고 있는 재질 중 하나이다.
상기 탱크(500)는 배치식(Batch type) 탱크일 수 있다.
상기 탱크(500)의 내부 압력은 해당 탱크(500)의 사양이나 저장되는 가스의 종류 및 용도 등에 따라 미리 설정된 압력 상한값과 압력 하한값 사이에서 형성되도록 이루어질 수 있다.
상기 탱크(500)에는 내부의 가스 압력을 측정하는 압력측정부인 탱크 압력측정부(520)가 구비될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 탱크 압력측정부(520)의 측정값을 수신하여 상기 탱크(500) 내부의 압력을 확인할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240)와 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340) 및 상기 벤트라인 밸브(420)중 적어도 하나를 제어하여, 상기 탱크(500)의 내부 압력이 상기 압력 상한값과 상기 압력 하한값 사이에서 형성되도록 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 혼합가스 압력측정부(320)에서 측정된 혼합가스의 압력이 미리 설정된 혼합가스 설정압력과 상이하거나, 상기 가스분석부(330)에서 측정된 혼합가스의 농도가 미리 설정된 설정농도와 상이한 경우, 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240)와 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340) 중 적어도 하나를 제어하여 상기 공급라인(110,210,310)상의 가스의 유동을 제어하고 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전을 차단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 혼합가스 압력측정부(320)에서 측정된 혼합가스의 압력이 미리 설정된 혼합가스 설정압력과 상이하거나, 상기 가스분석부(330)에서 측정된 혼합가스의 농도가 미리 설정된 설정농도와 상이한 경우, 상기 벤트라인 밸브(420)를 열어 상기 벤트라인(410)을 통해 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 혼합가스를 외부로 배출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 혼합가스 압력측정부(320)에서 측정된 혼합가스의 압력이 미리 설정된 혼합가스 설정압력과 상이하거나, 상기 가스분석부(330)에서 측정된 혼합가스의 농도가 미리 설정된 설정농도와 상이한 경우, 상기 압력조절부(120,220)와 상기 유량조절부(130,230)를 조절하여 각 소스가스 공급라인(110,210)을 통해 공급되는 가스의 압력과 유량을 조절함으로써 상기 혼합가스 공급라인(310)으로 유동하는 혼합가스가 미리 설정된 혼합가스 설정압력과 미리 설정된 설정농도로 형성되도록 조절할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 상기 제어부에는, 상기 탱크(500)에 저장되는 가스의 농도를 미리 설정된 설정농도로 조절하는 농도조절 프로세스가 설정될 수 있다.
도 2에는 상기 농도조절 프로세스가 적용된 가스 공급 방법의 일실시예를 나타내는 순서도가 도시되어 있다.
상기 농도조절 프로세스는, 후술하는 압력조절 프로세스와 유동 프로세스 및 유량조절 프로세스를 포함하되, 상기 압력조절 프로세스와 상기 유동 프로세스 및 상기 유량조절 프로세스를 순차 수행하는 구성으로 이루어질 수 있다.
단계 S110는, 상기 압력조절 프로세스를 수행하는 단계이다.
상기 압력조절 프로세스는, 제어부가 상기 압력조절부(120,220)를 제어하여 상기 복수의 소스가스 공급라인(110,210)에 공급되는 가스의 압력을 각각 미리 설정된 소스가스 설정압력으로 조절하는 구성으로 이루어진다.
상기 압력조절 프로세스는, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 소스가스 공급라인 밸브(140,240)가 닫힌 상태, 즉, 상기 복수 종류의 가스가 상기 혼합가스 공급라인(310)으로 유동하지 않도록 제어된 상태에서 수행될 수 있다.
단계 S120은, 상기 유동 프로세스를 수행하는 단계이다.
상기 유동 프로세스는, 상기 복수의 소스가스 공급라인(110,210)으로 공급되는 가스를 각각 해당 소스가스 공급라인(110,210)을 따라 상기 혼합가스 공급라인(310)으로 유동시키는 구성으로 이루어진다.
상기 유동 프로세스는, 상기 제어부가 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240)와 상기 벤트라인 밸브(420)를 열어 상기 복수의 소스가스 공급라인(110,210)을 통해 공급된 가스가 상기 혼합가스 공급라인(310)으로 유동하여 상기 벤트라인(410)을 통해 외부로 배출되도록 하는 구성으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)를 닫아 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 혼합가스가 상기 탱크(500)로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
상기 유동 프로세스에 의하면, 상기 유량조절 프로세스를 수행하기에 앞서 상기 소스가스 공급라인(110,210)으로부터 상기 혼합가스 공급라인(310)으로 가스를 유동시켜 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단 사이에 일정 압력차가 형성된 상태를 조성하여 상기 유량조절부(130,230)의 정상 가동 환경을 조성할 수 있다. 동시에, 상기 혼합가스 공급라인(310)으로 유입된 가스가 상기 탱크(500)로 유입되는 것을 차단하여 상기 탱크(500)에 농도가 조절되지 않은 가스가 저장되는 것을 방지할 수 있다.
단계 S130은, 상기 유량조절 프로세스를 수행하는 단계이다.
상기 유량조절 프로세스는, 상기 제어부가 상기 유량조절부(130,230)를 제어하여 각각의 소스가스 공급라인(110,210)을 따라 상기 혼합가스 공급라인(310)으로 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 조절함으로써 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 혼합가스의 농도를 상기 설정농도로 조절하는 구성으로 이루어진다.
상기 유량조절 프로세스에 있어서, 상기 제어부는, 하기 수학식 1를 이용하여 혼합가스의 농도가 설정농도를 만족하도록 하기 위한 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 산출한 후, 상기 유량조절부(130,230)를 제어하여 상기 복수 종류의 가스의 유량을 산출된 유량으로 각각 조절할 수 있다.
Figure 112021050963493-pat00001
여기서, y는 상기 복수 종류의 가스 중 산출하고자 하는 어느 하나의 가스의 유량이고, m는 상기 복수의 소스가스 공급라인(110,120)을 통해 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 총 유량이며, n는 혼합가스의 설정농도이다.
또한, 상기 농도조절 프로세스는, 후술하는 압력차유지 프로세스를 포함하여 구성될 수 있다.
단계 S140은, 상기 압력차유지 프로세스를 수행하는 단계로, 상기 단계 S130에 후행하여 수행될 수 있다.
상기 압력차유지 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 벤트라인 유량조절부(430)의 구동을 제어하여 상기 벤트라인(410)을 통해 외부로 배출되는 가스의 유량을 조절함으로써 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단의 압력차를 설정된 압력차 이상으로 유지하는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 압력차유지 프로세스에 있어서, 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단의 압력차는, 상기 유량조절부(130,230)의 정상 구동을 위해 요구되는 상기 유량조절부의 입력단과 출력단 사이의 압력차인 유량조절부 구동압력 이상으로 설정될 수 있다.
상기 압력차유지 프로세스에 의하면, 상기 벤트라인(410)을 통해 외부로 배출되는 가스의 유량을 적절하게 조절하여 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단 사이에 상기 유량조절부 구동압력 이상의 압력차가 형성되도록 함으로써 상기 유량조절부(130,230)의 정상 가동 환경이 유지되도록 할 수 있다. 동시에, 상기 벤트라인(410)을 통해 불필요하게 많은 유량의 가스가 배출되지 않도록 조절하여 불필요한 낭비를 줄일 수 있다.
단계 S150은, 상기 제어부에서 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단 사이에 상기 유량조절부 구동압력 이상의 압력차가 형성되었는지 여부를 판단하는 단계로, 상기 압력조절부(120,220)를 통해 조절되도록 설정된 압력값인 소스가스 설정압력과 상기 혼합가스 압력측정부(320)의 측정값의 차로 계산될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단 사이에 상기 유량조절부 구동압력 이상의 압력차가 형성되지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 단계 S140을 다시 수행할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단 사이에 상기 유량조절부 구동압력 이상의 압력차가 형성된 것으로 판단된 경우, 후술하는 단계S160을 수행한다.
단계 S160은, 상기 제어부에서 상기 가스분석부(330)의 측정값을 설정농도와 비교하여 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 혼합가스의 농도가 설정농도를 만족하는지 판단하는 단계이다.
상기 제어부는, 상기 가스분석부(330)의 측정값이 설정농도를 만족하지 않는 것으로 판단된 경우, 후술하는 단계 S180을 수행할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 가스분석부(330)의 측정값이 설정농도를 만족하는 것으로 판단된 경우, 후술하는 단계 S170을 수행하여 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전을 진행한다.
단계 S170은, 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전을 진행하는 단계이다.
상기 제어부는, 상기 벤트라인 밸브(420)를 닫고 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)를 열어 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 혼합가스가 상기 탱크(500)로 유동하여 저장되도록 제어할 수 있다.
단계 S180은, 상기 제어부가 상기 소스가스 공급라인 밸브(140,240)를 닫아 상기 소스가스 공급라인(110,220)상의 가스의 유동을 중단시키는 단계이다.
상기 단계 S180에 의하면, 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단 사이에 압력차가 발생하지 않아 상기 유량조절부(130,230)의 구동이 중단된다.
이후, 상기 제어부는, 상기 단계 S110 내지 상기 단계 S160을 다시 수행하여 혼합가스의 농도 조절을 다시 시도할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 압력조절부(120,220)와 상기 유량조절부(130,230)와 상기 가스분석부(330) 및 상기 혼합가스 압력측정부(320) 중 어느 하나에 오류가 발생한 것으로 판단하여 가스의 공급 및 농도 조절을 중단할 수도 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 상기 제어부에는, 상기 탱크 압력측정부(520)에서 측정된 상기 탱크(500) 내부의 압력이 설정된 탱크 충전제한 압력(Pc)을 넘지 않도록 제어하는 과충전 방지 프로세스가 설정될 수 있다.
상기 과충전 방지 프로세스에 의하면, 상기 제어부는, 상기 탱크 압력측정부(520)의 측정값이 상기 탱크 충전제한 압력(Pc)에 도달하는 경우 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240)와 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340) 중 적어도 하나를 제어하여 상기 공급라인(110,210,310)상의 가스의 유동을 제어하고 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전을 차단할 수 있다.
상기 탱크 충전제한 압력(Pc)은, 하기 수학식 2를 적용하여 설정된다.
Figure 112021050963493-pat00002
P1은 상기 압력조절부(120,220)를 통해 조절된 가스의 압력인 압력조절부 공급압력이다.
P2는 상기 유량조절부(130,230)의 정상 구동을 위해 요구되는 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단 사이의 최소 압력차인 유량조절부 구동압력이다.
P3는 종래기술에 대한 설명에서 서술된 압력차 미달 상황에서 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단 사이의 부족한 압력차를 보완하여 상기 유량조절부(130,230)를 정상 구동 시키기 위해 임의로 설정되는 유량조절부 여유압력이다.
상기 탱크 충전제한 압력(Pc)은 상기 압력 상한값 이하로 설정될 수 있으며, 이때, 상기 압력조절부 공급압력(P1)은 상기 압력 상한값에 상기 유량조절부 구동압력(P2)과 상기 유량조절부 여유압력(P3)을 합한 압력값 이하로 설정된다.
상기 압력조절부 공급압력(P1)은, 일례로, 상기 압력 상한값으로 설정될 수 있다.
상기 유량조절부 구동압력(P2)은, 상기 유량조절부(130,230)의 사양에 따라 다르게 설정될 수 있다. 일례로, 상기 유량조절부 구동압력(P2)은 10Psig으로 설정될 수 있다.
상기 유량조절부 여유압력(P3)은, 상기 유량조절부 구동압력(P2) 및 발생 가능한 압력차 미달 상황에 따라 다르게 설정될 수 있다.
일례로, 상기 유량조절부 구동압력(P2)이 10Psig으로 설정된 경우, 상기 유량조절부 여유압력(P3)이 1Psig 내지 4Psig으로 설정되어 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단 사이의 부족한 압력차를 보완할 수 있으며, 보다 바람직하게는 2Psig으로 설정될 수 있다.
상기 과충전 방지 프로세스에 의하면, 상기 탱크(500) 내부의 압력이 상기 탱크 충전제한 압력(Pc)을 넘지 않게 되므로, 상기 압력조절부(120,220)와 상기 탱크(500) 사이에 상기 유량조절부 구동압력(P2)과 상기 유량조절부 여유압력(P3)의 합 이상의 압력차가 유지되며, 이에 따라 상기 유량조절부(130,230)의 정상 구동 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
즉, 상기 과충전 방지 프로세스에 의하면, 상기 탱크(500)가 과충전되는 것을 방지하여 상기 탱크(500) 내부의 가스 충전 상태를 안정적으로 유지하고 상기 탱크(500)에 충전된 가스가 가스소요처(S)로 안정적으로 공급되도록 하는 동시에, 상기 유량조절부(130,230)의 정상 구동 상태를 안정적으로 유지함으로써 혼합가스가 적절한 농도로 형성되어 상기 탱크(500)에 안정적으로 저장되도록 할 수 있다.
또한, 상기 과충전 방지 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 유량조절부(130,230)의 구동 제어 가능 여부를 판단하여, 불가능한 것으로 판단된 경우 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전을 차단하는 과정을 포함하여 구성될 수 있다.
일례로, 상기 제어부와 상기 유량조절부(130,230)가 상호 통신하도록 구비되고, 상기 제어부는, 상기 유량조절부(130,230)로 송신한 신호에 대해 응답이 수신되지 않는 경우 상기 유량조절부(130,230)와의 사이에 통신이 두절된 것으로 판단하여 상기 유량조절부(130,230)의 구동 제어가 불가능한 것으로 판단하도록 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 유량조절부(130,230)로 송신한 신호에 대해 응답이 정상적으로 수신되는 경우 상기 유량조절부(130,230)와의 사이에 통신이 정상적으로 유지되고 있는 것으로 판단하여 상기 유량조절부(130,230)의 구동 제어가 가능한 것으로 판단하도록 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 유량조절부(130,230)의 제어 실패로 상기 유량조절부(130,230)를 통한 가스의 유량 조절에 오류가 발생함에 따라 혼합가스가 적절하지 않은 농도로 형성된 상태로 상기 탱크(500)에 저장되는 것을 방지하고 상기 탱크(500)의 가스 충전 상태를 적절하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 과충전 방지 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 혼합가스 압력측정부(320)의 측정값이 상기 탱크 충전제한 압력(Pc)을 넘지 않도록 제어하는 과정을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 혼합가스 압력측정부(320)의 측정값이 상기 탱크 충전제한 압력(Pc)에 도달하는 경우, 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240)와 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340) 중 적어도 하나를 제어하여 상기 공급라인(110,210,310)상의 가스의 유동을 제어하고 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전을 차단할 수 있다.
즉, 일반적으로 상기 혼합가스 압력측정부(320)의 측정값은 상기 탱크 압력측정부(520)에 의해 측정되는 상기 탱크(500) 내부의 압력보다 다소 높게 형성되게 되므로, 상기와 같이 혼합가스 압력측정부(320)의 측정값이 상기 탱크 충전제한 압력(Pc)을 넘지 않도록 제어함으로써 상기 탱크(500)의 과충전을 보다 안정적으로 방지하는 동시에 상기 유량조절부(130,230)의 정상 구동 상태를 보다 안정적으로 유지할 수 있다.
도 3에는 상기 과충전 방지 프로세스가 적용된 가스 공급 방법의 일실시예를 나타내는 순서도가 도시되어 있다.
단계 S190은, 상기 제어부에서 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전이 진행중인지 여부를 판단하는 단계이다.
상기 제어부는, 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240) 및 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)가 열린 상태인 경우 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전이 진행중인 것으로 판단할 수 있으며, 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240) 또는 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)가 닫힌 상태인 경우 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전이 진행되고 있지 않은 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 탱크(500)에 대한 충전이 진행되고 있지 않은 것으로 판단된 경우 후술하는 단계 S200을 수행하고, 상기 탱크(500)에 대한 충전이 진행중인 것으로 판단된 경우 후술하는 단계 S230을 수행할 수 있다.
이때, 상기 제어부에서 상기 가스분석부(330)의 측정값을 설정농도와 비교하여 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 혼합가스의 농도가 설정농도를 만족하는지 판단하는 단계가 상기 단계 S190에 선행 또는 후행하여 또는 상기 단계 S190과 동시에 수행될 수 있으며, 후술하는 단계 S200 내지 단계 S260은 상기 가스분석부(330)의 측정값이 설정농도를 만족하는 것으로 판단된 경우 수행될 수 있다.
단계 S200은, 상기 제어부에서 상기 탱크(500)의 내부 압력을 상기 압력 하한값과 비교하여 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전 시작 여부를 판단하는 단계이다.
상기 제어부는, 상기 탱크 압력측정부(520)의 측정값이 상기 압력 하한값보다 작은 경우 후술하는 단계 S210을 수행하고, 상기 탱크 압력측정부(520)의 측정값이 상기 압력 하한값 이상인 경우 상기 단계 S190을 다시 수행할 수 있다.
단계 S210은, 상기 제어부에서 상기 유량조절부(130,230)의 구동 제어 가능 여부를 판단하는 단계이다.
상기 제어부는, 상기 유량조절부(130,230)의 구동 제어가 가능한 것으로 판단된 경우 후술하는 단계 S220을 수행하고, 상기 유량조절부(130,230)의 구동 제어가 불가능한 것으로 판단된 경우, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 관리자가 인지 가능하도록 알람을 발생할 수 있다.
상기 단계 S200과 상기 단계 S210은 수행되는 순서가 서로 바뀔 수 있다.
단계 S220은, 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전을 시작하는 단계로, 상기 단계 S170과 동일한 제어가 수행되는 단계일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 벤트라인 밸브(420)를 닫고 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)를 열어 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 혼합가스가 상기 탱크(500)로 유동하여 저장되도록 제어할 수 있다.
상기 단계 S220에 있어서, 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240)는 열린 상태일 수 있다.
상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240)가 닫힌 상태인 경우, 상기 제어부는, 상기 단계 S220을 수행하기 앞서 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240)를 열고 상기 가스분석부(330)의 측정값을 설정농도와 비교하여 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 혼합가스의 농도가 설정농도를 만족하는지 판단하는 단계를 선행할 수 있으며, 이에 따라 상기 가스분석부(330)의 측정값이 설정농도를 만족하는 것으로 판단된 경우 상기 단계 S220을 수행할 수 있다.
단계 S230은, 상기 과충전 방지 프로세스가 시작되는 단계로, 상기 제어부에서 상기 탱크(500)의 내부 압력을 상기 탱크 충전제한 압력(Pc)과 비교하여 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전 제한 여부를 판단하는 단계이다.
상기 제어부는, 상기 탱크 압력측정부(520)의 측정값이 상기 탱크 충전제한 압력(Pc) 미만인 경우 후술하는 단계 S240을 수행하고, 상기 탱크 압력측정부(520)의 측정값이 상기 탱크 충전제한 압력(Pc) 이상인 경우 후술하는 단계 S260을 수행하여 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전 진행을 중단할 수 있다.
단계 S240은, 상기 제어부에서 상기 유량조절부(130,230)의 구동 제어 가능 여부를 판단하는 단계이다.
상기 제어부는, 상기 유량조절부(130,230)의 구동 제어가 가능한 것으로 판단된 경우 후술하는 단계 S250을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 유량조절부(130,230)의 구동 제어가 불가능한 것으로 판단된 경우 후술하는 단계 S260을 수행할 수 있으며, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 관리자가 인지 가능하도록 알람을 발생할 수 있다.
단계 S250은, 상기 제어부에서 상기 혼합가스 압력측정부(320)의 측정값을 상기 탱크 충전제한 압력(Pc)과 비교하여 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전 제한 여부를 판단하는 단계이다.
상기 제어부는, 상기 혼합가스 압력측정부(320)의 측정값이 상기 탱크 충전제한 압력(Pc) 미만인 경우 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전 진행 상태를 유지하며 상기 단계 S230을 다시 수행하고, 상기 혼합가스 압력측정부(320)의 측정값이 상기 탱크 충전제한 압력(Pc) 이상인 경우 후술하는 단계 S260을 수행하여 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전 진행을 중단할 수 있다.
상기 단계 S230 내지 상기 단계 S250은 수행되는 순서가 서로 바뀔 수 있다.
상기 단계 S260은, 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전 진행을 중단하는 단계이다.
상기 제어부는, 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)를 닫아 상기 탱크(500)에 대한 가스 충전 진행을 중단할 수 있다.
또한, 도 4와 도 5를 참조하면, 상기 제어부에는, 상기 가스분석부(330)를 교정하기 위한 교정 프로세스가 설정될 수 있다.
도 4에는 상기 교정 프로세스가 적용된 가스 공급 방법의 일실시예를 나타내는 순서도가 도시되어 있다.
도 5에는 상기 교정 프로세스를 설명하기 위한 그래프가 도시되어 있다.
상기 교정 프로세스는, 후술하는 영점교정(Zero Calibration) 프로세스와 범위교정(Span Calibration) 프로세스를 포함하여 구성될 수 있다.
단계 S270은 상기 영점교정 프로세스를 수행하는 단계이다.
상기 영점교정 프로세스는, 임의의 영점교정 가스를 상기 가스분석부(330)에 유입시키고 이때의 상기 가스분석부(330)의 측정값인 영점교정 데이터(a)를 측정하는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 영점교정 가스는, 상기 가스분석부(330)에 설정된 표적성분이 포함되지 않아 상기 표적성분의 농도가 0인 임의의 가스로 마련될 수 있다.
즉, 상기 영점교정 가스 중 상기 표적성분의 농도인 영점교정가스 농도값(C(a))은 0이다.
상기 영점교정 가스로, 상기 복수의 소스가스 공급라인(110,210)을 통해 공급되는 상기 복수 종류의 가스 중 상기 표적성분이 포함되지 않은 어느 하나의 가스가 이용될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240)를 제어하여, 상기 복수 종류의 가스 중 상기 영점교정 가스로 이용될 가스가 공급되는 소스가스 공급라인을 개폐하는 소스가스 공급라인 밸브를 열고, 나머지 소스가스 공급라인 밸브를 닫아, 상기 복수 종류의 가스 중 상기 영점교정 가스로 이용될 가스만 상기 혼합가스 공급라인(310)으로 유동하여 상기 가스분석부(330)로 유입되도록 할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 영점교정 데이터(a)가 측정된 후, 상기 영점교정 가스로 이용된 가스가 공급되는 소스가스 공급라인을 개폐하는 소스가스 공급라인 밸브를 닫고, 상기 벤트라인 밸브(420)를 열어, 상기 혼합가스 공급라인(310) 내부의 잔여 영점교정 가스를 외부로 배출할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 영점교정 프로세스가 수행되는 동안 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)가 닫힌 상태로 유지되도록 제어하여 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 가스가 상기 탱크(500)에 유입되는 것을 차단함으로써 상기 탱크(500) 내부의 가스 충전 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
단계 S280은 상기 범위교정 프로세스를 수행하는 단계이다.
상기 범위교정 프로세스는, 임의의 범위교정 가스를 상기 가스분석부(330)에 유입시키고 이때의 상기 가스분석부(330)의 측정값인 범위교정 데이터(b)를 측정하는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 범위교정 가스는, 상기 표적성분이 0이 아닌 일정 비율로 포함되어 상기 표적성분의 농도가 0이 아닌 농도값을 가지는 임의의 가스로 마련될 수 있다.
즉, 상기 범위교정 가스 중 상기 표적성분의 농도인 범위교정가스 농도값(C(b))은 0이 아닌 임의의 숫자로 표기된다.
상기 범위교정 가스로는 상기 표적성분의 농도가 일정한 고정값을 가지는 것으로 미리 알려진 상태의 가스가 이용될 수 있으며, 상기 범위교정 프로세스는 상기 제어부에 상기 범위교정가스 농도값(C(b))이 미리 입력된 상태에서 수행될 수 있다.
상기 범위교정 가스로, 상기 복수의 소스가스 공급라인(110,210)을 통해 공급되는 상기 복수 종류의 가스 중 상기 표적성분이 0이 아닌 일정 비율로 포함된 어느 하나의 가스가 이용될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240)를 제어하여, 상기 복수 종류의 가스 중 상기 범위교정 가스로 이용될 가스가 공급되는 소스가스 공급라인을 개폐하는 소스가스 공급라인 밸브를 열고, 나머지 소스가스 공급라인 밸브를 닫아, 상기 복수 종류의 가스 중 상기 범위교정 가스로 이용될 가스만 상기 혼합가스 공급라인(310)으로 유동하여 상기 가스분석부(330)로 유입되도록 할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 범위교정 프로세스가 수행되는 동안 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)가 닫힌 상태로 유지되도록 제어하여 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 가스가 상기 탱크(500)에 유입되는 것을 차단함으로써 상기 탱크(500) 내부의 가스 충전 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 범위교정 데이터(b)가 측정된 후, 상기 범위교정 가스로 이용된 가스가 공급되는 소스가스 공급라인을 개폐하는 소스가스 공급라인 밸브를 닫고, 상기 벤트라인 밸브(420)를 열어, 상기 혼합가스 공급라인(310) 내부의 잔여 범위교정 가스를 외부로 배출할 수 있다.
상기 단계 S280과 상기 단계 S270에서, 상기 영점교정 가스와 상기 범위교정 가스는 동일한 압력 조건으로 상기 가스분석부(330)에 유입될 수 있다.
이를 위해, 상기 제어부는 상기 영점 교정 가스와 상기 범위 교정 가스가 공급되는 소스가스 공급라인상의 압력조절부를 각각 제어하여 상기 영점 교정 가스와 상기 범위 교정 가스의 압력을 동일하게 조절할 수 있다.
상기 단계 S280는 상기 단계 S270에 선행될 수도 있고 후행될 수도 있다. 상기 제어부는 상기 단계 S270과 상기 단계 S280이 모두 수행된 후 후술하는 단계 S290을 수행한다.
단계 S290은, 상기 가스분석부(330)에 임의의 분석 대상 가스가 유입되고 상기 제어부에서 상기 분석 대상 가스 중 상기 표적성분의 교정 농도(C(x))를 산출하는 단계이다.
상기 분석 대상 가스는 상기 복수 종류의 가스가 혼합되어 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 혼합가스일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 소스가스 공급라인 밸브(140,240)를 열어 상기 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합가스가 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하여 상기 가스분석부(330)로 유입되도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 가스분석부(330)에 상기 분석 대상 가스가 유입되고 상기 분석 대상 가스 중 상기 표적성분의 교정 농도(C(x))가 산출되는 동안 상기 혼합가스 공급라인 밸브(340)가 닫힌 상태로 유지되도록 제어하여 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하는 가스가 상기 탱크(500)에 유입되는 것을 차단함으로써 상기 탱크(500) 내부의 가스 충전 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
상기 가스분석부(330)에 임의의 분석 대상 가스가 유입되면 상기 제어부는, 이때의 상기 가스분석부(330)의 측정값인 대상가스 데이터(x)를 농도 교정식인 하기 수학식 3에 대입하여 상기 분석 대상 가스 중 상기 표적성분의 농도인 대상가스 농도값(C(x))을 산출한다.
Figure 112021050963493-pat00003
도 5에 도시된 그래프에는, 가로축이 상기 가스분석부(330)에 임의의 가스가 유입된 경우 상기 가스분석부(330)의 측정값(Data)으로 설정되고, 세로축이 해당 가스의 실제 농도값(Concentration)으로 설정되어 있다.
이에 따라, 상기 가스분석부(330)에 유입된 가스에 대해, 상기 가스분석부(330)의 측정값과 해당 가스의 실제 농도값이 짝이 되어 상기 도 5의 그래프상에 도시 가능한 한 점의 좌표를 이루게 된다.
여기서, 상기 영점교정 프로세스와 상기 범위교정 프로세스를 통해 얻은 두 점 A{a,C(a)}, B{b,C(b)}를 이어 형성된 직선의 방정식이 상기 가스분석부(330)의 측정값을 통해 실제 농도값을 도출하기 위한 교정용 방정식이 된다.
이에 따라, 상기 대상가스 데이터(x)와 상기 대상가스 농도값(C(x))으로 이루어진 한 점 X{x,C(x)}을 상기 교정용 방정식에 대입하여 농도 교정식인 상기 수학식 3을 도출할 수 있다.
상기와 같은 교정 프로세스에 의하면, 상기 가스분석부(330)가 상기 가스 공급 장치(1)에 구비되어 역할을 수행하는 상태로 제어부의 제어에 의해 상기 가스분석부(330)의 교정을 실시할 수 있는 점에서 높은 효율성을 가지며, 별도의 관리 없이 주기적인 교정으로 가스 분석의 정확도를 적절하게 유지할 수 있어 인력과 비용 및 시간을 절약할 수 있다.
다음은, 도 6을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 의한 가스 공급 장치(2) 및 이를 이용한 가스 공급 방법에 대해 설명한다.
제2실시예에 의한 가스 공급 장치(2)는, 상기한 제1실시예에 의한 가스 공급 장치(1, 도 1 참조)의 구성 및 이를 이용한 가스 공급 방법(도 2 내지 도 4 참조)을 따르되, 압력조절부(120,220)와 유량조절부(130,230) 사이에 공급가스 압력측정부(150,250)가 더 구비된 점에서 제1실시예에 의한 가스 공급 장치(1)와 차이가 있다.
상기 공급가스 압력측정부(150,250)는, 상기 압력조절부(120,220)를 통해 압력이 조절된 가스의 압력을 측정하기 위한 것으로, 상기 압력조절부(120,220)를 통해 상기 유량조절부(130,230)로 유동하는 가스의 압력을 보다 정확하게 파악하기 위한 것이다.
상기 공급가스 압력측정부(150,250)에 의하면, 상기 압력조절부(120,220)에 설정되는 소스가스 설정압력과 실제로 상기 압력조절부(120,220)를 통해 조절된 가스의 압력에 오차가 있는 경우 이를 확인할 수 있으며, 제어부에서 이를 파악하여 보정할 수 있다.
상기 제2실시예에 의한 가스 공급 장치(2)에 의하면, 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단 사이의 압력차는 상기 공급가스 압력측정부(150,250)의 측정값과 혼합가스 압력측정부(320)의 측정값의 차로 계산될 수 있다.
상기와 같이 계산된 상기 유량조절부(130,230)의 입력단과 출력단 사이의 압력차는, 농도조절 프로세스가 적용된 가스 공급 방법(도 2 참조)의 단계 S150에 적용된다.
또한, 상기 제2실시예에 의한 가스 공급 장치(2)에 의하면, 과충전 방지 프로세스(도 3 참조)에 있어서, 상기 압력조절부(120,220)를 통해 조절된 가스의 압력인 압력조절부 공급압력(P1)으로 상기 공급가스 압력측정부(150,250)의 측정값이 적용된다.
여기서, 상기 압력조절부 공급압력(P1)은 탱크 충전제한 압력(Pc)을 설정하는 계산식(수학식 2 참조)에 적용되며, 상기와 같이 계산된 탱크 충전제한 압력(Pc)은 상기 과충전 방지 프로세스가 적용된 가스 공급 방법(도 3 참조)의 단계 S230 및 단계 S250에 적용된다.
다음은, 도 7을 참조하여 본 발명의 제3실시예에 의한 가스 공급 장치(3) 및 이를 이용한 가스 공급 방법에 대해 설명한다.
제3실시예에 의한 가스 공급 장치(3)는, 상기한 제1실시예에 의한 가스 공급 장치(1, 도 1 참조)의 구성 및 이를 이용한 가스 공급 방법(도 2 내지 도 4 참조)을 따르되, 혼합가스 공급라인(310)에 가스분석부(330)에 영점교정 가스를 공급하기 위한 영점교정라인(610)이 연결된 점에서 제1실시예에 의한 가스 공급 장치(1)와 차이가 있다.
상기 영점교정라인(610)에는 상기 영점교정 가스를 공급하는 영점교정가스 공급탱크(600)가 연결될 수 있으며, 상기 영점교정라인(610)을 개폐하는 영점교정라인 밸브(620)가 구비될 수 있다.
상기 영점교정라인 밸브(620)는 제어부에 의해 구동이 제어될 수 있다.
상기 제3실시예에 의한 가스 공급 장치(3)에 의하면, 교정 프로세스(도 4 참조) 중 영점교정 프로세스(단계 S270)를 수행하는 경우, 상기 제어부는, 상기 영점교정라인 밸브(620)를 열어 상기 영점교정가스 공급탱크(600)로부터 공급되는 영점교정 가스를 상기 영점교정라인(610)을 통해 상기 가스분석부(330)로 유입시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 영점교정 프로세스가 수행되는 동안 모든 소스가스 공급라인 밸브(140,240)가 닫힌 상태로 유지되도록 제어하여 상기 영점교정 가스 외의 다른 가스가 상기 가스분석부(330)로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 영점교정 데이터(a)가 측정된 후, 상기 영점교정라인 밸브(620)를 닫고, 상기 벤트라인 밸브(420)를 열어, 상기 혼합가스 공급라인(310) 내부의 잔여 영점교정 가스를 외부로 배출할 수 있다.
상기 영점교정라인(610)에 의하면, 소스가스 공급라인 (110,210)으로부터 공급되는 복수 종류의 가스 외의 가스를 상기 영점교정 가스로 이용할 수 있어, 효율성을 고려하여 상기 영점교정 가스로 이용할 수 있는 가스를 선택 적용할 수 있다.
일례로, 상기 가스분석부(330)에 설정된 표적성분이 질소 가스(N2)가 아닌 경우, 상기 영점교정 가스는 100% 질소 가스(N2)로 구비될 수 있다. 이때, 영점교정가스 농도값(C(a))은 상기 영점교정 가스 중 표적성분의 비율이므로, 0이 된다.
이때, 질소 가스(N2)를 상기 혼합가스 공급라인(310)에 공급하여 배관을 퍼지하기 위해 구비된 퍼지용 가스 공급라인을 상기 영점교정라인(610)으로 이용할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 영점교정라인(610)을 통해 공급된 상기 질소 가스를 상기 가스분석부(330)로 유입시켜 상기 영점교정 프로세스를 수행하거나, 상기 영점교정라인(610)을 통해 공급된 상기 질소 가스가 상기 혼합가스 공급라인(310)을 유동하여 벤트라인(410)을 통해 외부로 배출하도록 하여 배관을 퍼지하는 용도로 이용할 수 있다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 영점교정라인(610)을 통해 공급되는 상기 영점교정 가스의 압력을 측정하는 영점교정가스 압력측정부(미도시)가 더 구비될 수 있다.
제어부는 상기 영점교정가스 압력측정부의 측정값이 미리 설정된 교정압력 이상인 경우 상기 교정 프로세스를 수행할 수 있는 것으로 판단하고, 상기 영점교정가스 압력측정부의 측정값이 미리 설정된 교정압력 미만인 경우 상기 교정 프로세스를 수행할 수 없는 것으로 판단할 수 있다.
상기 교정압력은 상기 교정 프로세스(도 4 참조)를 진행하기 위해 필요한 최소 압력일 수 있으며, 일례로, 상기 가스분석부(330)에서 유입된 가스의 농도를 분석하기 위해 요구되는 가스의 압력일 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부는, 상기 교정 프로세스(도 4 참조)를 수행하기에 앞서, 상기 영점교정가스 압력측정부의 측정값과 상기 교정압력을 비교하여 상기 교정 프로세스의 수행 가능 여부를 판단하는 단계를 더 수행하고, 상기 교정 프로세스의 수행이 가능한 것으로 판단된 경우에만 상기 영점교정 프로세스(단계 S270) 및 범위교정 프로세스(단계 S280)를 수행할 수 있다.
또한, 제3실시예에 의한 가스 공급 장치(3)에 의하면, 상기 혼합가스 공급라인(310)으로부터 상기 가스분석부(330)로 연결되는 상기 가스분석부(330)의 입력단에는, 상기 가스분석부(330)로 유입되는 가스의 압력을 조절하기 위한 분석가스 압력조절부(350)가 구비될 수 있다.
상기 제어부는 상기 영점교정 프로세스(단계 S270) 및 범위교정 프로세스(단계 S280)를 수행함에 있어 상기 분석가스 압력조절부(350)를 제어하여 상기 가스분석부(330)에 유입되는 상기 영점교정 가스와 범위교정 가스가 동일한 압력으로 유입되도록 조절할 수 있다.
이에 따라, 상기 영점교정 프로세스와 범위교정 프로세스가 동일한 압력 조건 하에 수행되도록 할 수 있어, 상기 교정 프로세스의 정확도를 높일 수 있다.
다음은, 도 8을 참조하여 본 발명의 제4실시예에 의한 가스 공급 장치(4) 및 이를 이용한 가스 공급 방법에 대해 설명한다.
제4실시예에 의한 가스 공급 장치(4)는, 상기한 제1실시예에 의한 가스 공급 장치(1, 도 1 참조)의 구성 및 이를 이용한 가스 공급 방법(도 2 내지 도 4 참조)을 따르되, 혼합가스 공급라인(310)에 가스분석부(330)에 범위교정 가스를 공급하기 위한 범위교정라인(710)이 연결된 점에서 제1실시예에 의한 가스 공급 장치(1)와 차이가 있다.
상기 범위교정라인(710)에는 상기 범위교정 가스를 공급하는 범위교정가스 공급탱크(700)가 연결될 수 있으며, 상기 범위교정라인(710)을 개폐하는 범위교정라인 밸브(720)가 구비될 수 있다.
상기 범위교정라인 밸브(720)는 제어부에 의해 구동이 제어될 수 있다.
상기 제4실시예에 의한 가스 공급 장치(4)에 의하면, 교정 프로세스(도 4 참조) 중 범위교정 프로세스(단계 S280)를 수행하는 경우, 상기 제어부는, 상기 범위교정라인 밸브(720)를 열어 상기 범위교정가스 공급탱크(700)로부터 공급되는 범위교정 가스를 상기 범위교정라인(710)을 통해 상기 가스분석부(330)로 유입시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 범위교정 프로세스가 수행되는 동안 모든 소스가스 공급라인 밸브(140,240)가 닫힌 상태로 유지되도록 제어하여 상기 범위교정 가스 외의 다른 가스가 상기 가스분석부(330)로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 범위교정 데이터(b)가 측정된 후, 상기 범위교정라인 밸브(720)를 닫고, 상기 벤트라인 밸브(420)를 열어, 상기 혼합가스 공급라인(310) 내부의 잔여 범위교정 가스를 외부로 배출할 수 있다.
상기 범위교정라인(710)에 의하면, 소스가스 공급라인 (110,210)으로부터 공급되는 복수 종류의 가스 외의 가스를 상기 범위교정 가스로 이용할 수 있어, 효율성을 고려하여 상기 범위교정 가스로 이용할 수 있는 가스를 선택 적용할 수 있다.
일례로, 상기 범위교정 가스는, 상기 가스분석부(330)에 설정된 표적성분이 수소 가스(H2)인 경우, 수소 가스(H2)와 질소 가스(N2) 가스의 혼합가스로 구비될 수 있다. 이때, 범위교정가스 농도값(C(b))은 상기 범위교정 가스 중 상기 수소 가스(H2)의 비율이 된다.
또한, 상기 범위교정라인(710)에는, 공급되는 상기 범위교정 가스의 압력을 측정하는 범위교정가스 압력측정부(730)가 더 구비될 수 있다.
제어부는 상기 범위교정가스 압력측정부(730)의 측정값이 미리 설정된 교정압력 이상인 경우 상기 교정 프로세스를 수행할 수 있는 것으로 판단하고, 상기 범위교정가스 압력측정부(730)의 측정값이 미리 설정된 교정압력 미만인 경우 상기 교정 프로세스를 수행할 수 없는 것으로 판단할 수 있다.
상기 교정압력은 상기 교정 프로세스(도 4 참조)를 진행하기 위해 필요한 최소 압력일 수 있으며, 일례로, 상기 가스분석부(330)에서 유입된 가스의 농도를 분석하기 위해 요구되는 가스의 압력일 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부는, 상기 교정 프로세스(도 4 참조)를 수행하기에 앞서, 상기 범위교정가스 압력측정부(730)의 측정값과 상기 교정압력을 비교하여 상기 교정 프로세스의 수행 가능 여부를 판단하는 단계를 더 수행하고, 상기 교정 프로세스의 수행이 가능한 것으로 판단된 경우에만 상기 영점교정 프로세스(단계 S270) 및 범위교정 프로세스(단계 S280)를 수행할 수 있다.
또한, 제4실시예에 의한 가스 공급 장치(4)에 의하면, 상기 혼합가스 공급라인(310)으로부터 상기 가스분석부(330)로 연결되는 상기 가스분석부(330)의 입력단에는, 상기 가스분석부(330)로 유입되는 가스의 압력을 조절하기 위한 분석가스 압력조절부(350)가 구비될 수 있다.
상기 제어부는 상기 영점교정 프로세스(단계 S270) 및 범위교정 프로세스(단계 S280)를 수행함에 있어 상기 분석가스 압력조절부(350)를 제어하여 상기 가스분석부(330)에 유입되는 상기 영점교정 가스와 범위교정 가스가 동일한 압력으로 유입되도록 조절할 수 있다.
이에 따라, 상기 영점교정 프로세스와 범위교정 프로세스가 동일한 압력 조건 하에 수행되도록 할 수 있어, 상기 교정 프로세스의 정확도를 높일 수 있다.
다음은, 도 9를 참조하여 본 발명의 제5실시예에 의한 가스 공급 장치(5) 및 이를 이용한 가스 공급 방법에 대해 설명한다.
제5실시예에 의한 가스 공급 장치(5)는, 상기한 제3실시예에 의한 가스 공급 장치(3, 도 7 참조) 및 제4실시예에 의한 가스 공급 장치(4, 도 8 참조)의 구성 및 이를 이용한 가스 공급 방법을 따르되, 영점교정라인(610, 도 7 참조)과 범위교정라인(710, 도 8 참조) 및 분석가스 압력조절부(350, 도 7 및 도 8 참조)가 모두 구비된 점에서 제3실시예 및 제4실시예와 차이가 있다.
제5실시예에 의한 가스 공급 장치(5)에 의하면, 소스가스 공급라인(110,210)으로부터 공급되는 복수 종류의 가스 외의 가스를 영점교정가스 및 범위교정 가스로 이용할 수 있어, 효율성을 고려하여 상기 영점교정가스 및 상기 범위교정 가스로 이용할 수 있는 가스를 각각 선택 적용할 수 있으므로, 보다 효율적인 교정 프로세스를 수행할 수 있다.
또한, 제5실시예에 의한 가스 공급 장치(5)에 의하면, 상기 복수 종류의 가스가 영점교정가스 및 범위교정 가스로 이용되지 않는 경우, 상기 소스가스 공급라인(110,210)상의 압력조절부(120,220)와 유량조절부(130,230) 및 소스가스 공급라인 밸브(140,240) 등의 세팅을 변경하지 않고 교정 프로세스를 수행할 수 있으므로, 상기 교정 프로세스가 상기 가스 공급 장치(5)를 이용한 가스 공급 과정에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 공급 장치 및 가스 공급 방법에 의하면, 상기 유량조절부의 입력단과 출력단 사이의 압력차를 상기 유량조절부의 정상 구동을 위한 최소 압력차 이상으로 유지하여 유량조절부의 정상 구동을 안정적으로 유지함으로써 일정 농도의 혼합가스를 안정적으로 공급할 수 있다.
또한, 유량조절부의 입력단과 출력단 사이에 해당 유량조절부의 정상 구동을 위한 압력차가 형성된 상태에서 유량조절부에 의한 가스의 유량 제어가 수행되도록 함으로써 공급 초기 혼합가스의 농도 형성이 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 탱크 내부의 압력이 설정된 충전 시작 압력 이상이면 탱크에 대한 가스 충전을 시작하고, 탱크 내부의 압력이 설정된 충전 제한 압력에 도달하면 탱크에 대한 가스 충전을 중단하여, 과충전을 방지하고 탱크 내부의 가스 충전 상태를 안정적으로 유지함으로써, 탱크에 충전된 가스가 가스소요처로 안정적으로 공급되도록 할 수 있다.
또한, 가스분석부가 가스 공급 장치에 구비되어 그 역할을 수행하는 상태로 해당 가스 공급 장치의 제어부에 설정된 교정 프로세스를 통해 가스분석부의 교정을 실시할 수 있는 점에서 높은 효율성을 가지며, 별도의 관리 없이 주기적인 교정으로 가스 분석의 정확도를 적절하게 유지할 수 있어 인력과 비용 및 시간을 절약할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하고, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
100,200: 소스가스 공급탱크
110,210: 소스가스 공급라인
120,220: 압력조절부
130,230: 유량조절부
140,240: 소스가스 공급라인 밸브
150,250: 공급가스 압력측정부
310: 혼합가스 공급라인
320: 혼합가스 압력측정부
330: 가스분석부
340: 혼합가스 공급라인 밸브
350: 분석가스 압력조절부
410: 벤트라인
420: 벤트라인 밸브
500: 탱크
510: 가스소요처 연결라인
520: 탱크 압력측정부
600: 영점교정가스 공급탱크
610: 영점교정라인
620: 영점교정라인 밸브
700: 범위교정가스 공급탱크
710: 범위교정라인
720: 범위교정라인 밸브
730: 범위교정가스 압력측정부

Claims (13)

  1. 상이한 복수 종류의 가스가 각각 공급되며 압력조절부와 유량조절부를 통해 압력과 유량이 순차 조절되는 복수의 소스가스 공급라인과, 상기 복수의 소스가스 공급라인에 연결되어 상기 복수 종류의 가스가 혼합된 혼합가스가 유동하는 혼합가스 공급라인을 포함하는 가스 공급 장치에 있어서,
    상기 혼합가스 공급라인을 유동하는 혼합가스의 농도를 미리 설정된 설정농도로 조절하는 농도조절 프로세스가 설정된 제어부;
    상기 혼합가스 공급라인으로부터 분기되어 외부로 연결되는 벤트라인;
    상기 벤트라인을 유동하는 가스의 유량을 조절하는 벤트라인 유량조절부;
    상기 소스가스 공급라인을 개폐하는 소스가스 공급라인 밸브;
    상기 혼합가스 공급라인을 개폐하는 혼합가스 공급라인 밸브; 및
    상기 벤트라인을 개폐하는 벤트라인 밸브;
    를 포함하고,
    상기 벤트라인의 분기부는 상기 혼합가스 공급라인과 상기 복수의 소스가스 공급라인의 연결부와 상기 혼합가스 공급라인 밸브 사이에 구비되고,
    상기 혼합가스 공급라인에는, 가스를 저장하는 탱크가 연결되고, 상기 혼합가스 공급라인을 유동하여 상기 탱크로 유입되는 혼합가스의 압력을 측정하는 혼합가스 압력측정부와, 혼합가스를 분석하여 농도를 측정하는 가스분석부가 구비되며,
    상기 농도조절 프로세스는,
    상기 압력조절부를 제어하여 상기 소스가스 공급라인에 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 압력을 각각 설정된 압력으로 조절하는 압력조절 프로세스;
    상기 소스가스 공급라인 밸브를 열어 상기 소스가스 공급라인으로 공급되는 상기 복수 종류의 가스를 상기 소스가스 공급라인을 따라 상기 혼합가스 공급라인을 향해 유동시키되, 상기 소스가스 공급라인 밸브와 상기 벤트라인 밸브를 열고 상기 혼합가스 공급라인 밸브를 닫아 상기 혼합가스 공급라인으로 유입된 혼합가스가 상기 벤트라인을 통해 외부로 배출되도록 제어하는 유동 프로세스;
    상기 유동 프로세스가 진행된 후에 상기 유량조절부를 제어하여 상기 소스가스 공급라인에 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 조절하여 상기 혼합가스 공급라인을 유동하는 혼합가스의 농도를 상기 설정농도로 조절하는 유량조절 프로세스; 및
    상기 벤트라인 유량조절부의 구동을 제어하여 상기 벤트라인을 통해 외부로 배출되는 가스의 유량을 조절함으로써, 상기 유량조절부의 입력단과 출력단 사이의 압력차를 상기 유량조절부를 정상 구동을 위해 요구되는 최소 압력인 유량조절부 구동압력 이상의 값으로 유지하는 압력차유지 프로세스;
    를 순차 수행하는 구성으로 이루어지고,
    상기 압력조절부를 통해 조절되도록 설정된 압력값인 소스가스 설정압력과 상기 혼합가스 압력측정부의 측정값의 차로부터 상기 유량조절부의 입력단과 출력단 사이에 상기 유량조절부 구동압력 이상의 압력차가 형성되었는지 여부를 판단하여, 상기 유량조절부 구동압력 이상의 압력차가 형성될 때까지 상기 압력차유지 프로세스를 수행하고,
    상기 농도조절 프로세스를 수행한 후 유량조절부 구동압력 이상의 압력차가 형성되면, 상기 가스분석부를 통해 측정된 가스의 농도가 미리 설정된 설정농도를 만족하는지 여부를 판단하여,
    상기 가스분석부를 통해 측정된 가스의 농도가 미리 설정된 설정농도를 만족하는 경우에는, 상기 벤트라인 밸브를 닫는 동시에 상기 혼합가스 공급라인 밸브를 열어 상기 혼합가스 공급라인을 유동하는 혼합가스를 상기 탱크로 유동시켜 저장되도록 하고,
    상기 가스분석부를 통해 측정된 가스의 농도가 미리 설정된 설정농도를 만족하지 않는 경우에는, 상기 농도조절 프로세스를 다시 수행하여 혼합가스의 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력조절 프로세스는, 상기 제어부에서 상기 소스가스 공급라인 밸브를 닫아 상기 소스가스 공급라인으로 공급되는 상기 복수 종류의 가스가 유동하지 않도록 제어된 상태에서 수행되는 프로세스인 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력조절부와 상기 유량조절부 사이에 구비되어 상기 압력조절부를 통해 압력이 조절된 가스의 압력을 측정하기 위한 공급가스 압력측정부; 및
    상기 혼합가스 공급라인을 유동하는 혼합가스의 압력을 측정하는 혼합가스 압력측정부; 를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 벤트라인 유량조절부의 구동을 제어하여, 상기 공급가스 압력측정부의 측정값과 상기 혼합가스 압력측정부의 측정값의 차가 상기 유량조절부 구동압력 이상의 값으로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유량조절 프로세스에 있어서, 상기 제어부는, 하기 식을 이용하여 혼합가스의 농도가 설정농도를 만족하도록 하기 위한 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 산출한 후, 산출된 유량으로 상기 복수 종류의 가스의 유량을 각각 조절하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
    y = m * (n/100)
    (여기서, y는 상기 복수 종류의 가스 중 산출하고자 하는 어느 하나의 가스의 유량이고, m은 상기 공급라인을 통해 공급되는 상기 복수 종류의 가스의 총 유량이며, n는 상기 설정농도이다.)
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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  11. 삭제
  12. 삭제
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