KR102532670B1 - 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템에 관한 것으로, 공기를 이슬점 이하로 냉각시키는 쿨러; 상기 쿨러의 외주면에 배치되고, 상기 쿨러의 구동으로 냉각되는 반사판; 및 상기 반사판에 대향 배치되고, 결로 되어 상기 반사판에 형성된 수분막으로 광원을 조사하여 수분 함량 및 잔류 가스와 표면 이온의 정성 및 정량을 분석하는 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수분을 포함하는 공기를 결로시켜 생성된 수분막에 IR광원을 조사하여 수분 함량을 측정하고, 라만 분석을 통해 수분막 생성시 액적에 용해된 잔류가스 및 표면 이온 성분을 분석하도록 구성된 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템에 관한 것이다.
공기 중 (잔류) 가스를 분석하는 종래의 방식은 다음과 같은 방식으로 이루워지고 있다
① 전기 화학법: 수분에 용해된 이온의 전기적 특성 측정하여 분석
② 이온 크로마토그래피: 정제된 물(D.I water)에 일정량의 공기를 통과시켜 용액속에 용해된 이온의 특성을 ion chromatography를 이용하여 특성 및 정량 분석
③ IR 및 Raman: 정제된 물(예: Di water)에 일정량의 공기를 통과시켜 용액속에 잔류가스를 용해시켜 이들의 광흡수도를 분석하거나(IR) 슬라이드를 이용하여 표면 약액의 Raman spectrum을 이용하여 특성과 정량 분석을 시행
그러나, 상기한 종래의 잔류 가스 분석 기술 중 전기 화학법의 경우 측정/분석 대상별로 측정 환경이 달라 다양한 이온에 대한 대응이 어렵고 사전에 알고 있지 않은 요소에 대해서는 적용이 어렵다.
또한, 이온크로마토그래피와 IR 및 Raman의 경우에는 시편을 만들기 위해 용액에 용해시키는 사전 작업이 필요하여 실시간에 다양한 이온 또는 가스 성분을 분석하거나 정량을 측정하는 것에 어려움이 따른다.
따라서, 수분을 포함하는 환경 즉, 일반적인 대기 환경에서 잔류하는 가스 또는 이온의 분석과 대기중 수분 함량을 동시에 측정 및 분석할 수 있으며, 사전에 인지하지 않은 다양한 잔류 가스나 이온 성분의 분석이 가능하고, 시편을 만들기 위해 사전에 가스를 용액에 용해하는 번거로운 사전 작업 없이 실시간으로 다양한 종류의 이온이나 가스 성분의 정량 및 정성 분석이 가능할 뿐 아니라 제조 공정 중 제품의 표면에 잔류하는 표면 이온의 성분도 측정 및 분석할 수 있도록 구성된 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템의 개발이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 공기를 냉각시키는 쿨러, 상기 쿨러의 외주면에 배치되어 상기 쿨러의 구동으로 냉각되는 반사판 및 상기 반사판과 대향 배치되고, 수분이 결로되어 상기 반사판에 형성된 수분막으로 IR광원을 조사하여 수분 함량을 분석하고, 레이저를 조사하여 액적에 용해된 잔류 가스 및 표면 이온 성분을 분석하는 분석부를 포함함으로써, 사전에 인지하지 않은 다양한 잔류 가스나 이온 성분의 분석이 가능하고, 시편을 만들기 위해 사전에 가스를 용액에 용해하는 번거로운 사전 작업 없이 실시간으로 다양한 종류의 이온이나 가스 성분의 정량 및 정성 분석이 가능할 뿐 아니라 제조 공정 중 제품의 표면에 잔류하는 표면 이온의 성분도 측정 및 분석할 수 있도록 구성된 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템은 공기를 이슬점 이하로 냉각시키는 쿨러; 상기 쿨러의 외주면에 배치되고, 상기 쿨러의 구동으로 냉각되는 반사판; 및 상기 반사판에 대향 배치되고, 결로 되어 상기 반사판에 형성된 수분막으로 광원을 조사하여 수분 함량 및 잔류 가스와 표면 이온의 정성 및 정량을 분석하는 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 분석부는 수분막이 형성된 반사판으로 IR(Infrared)광원을 조사하고 반사되는 IR광원을 검출하여 광흡수도 분석을 통해 수분 함량을 분석하는 수분함량분석모듈; 및 상기 반사판 및 쿨러의 표면에 생성된 액적에 용해된 잔류 가스 및 표면 이온을 분석하는 가스분석모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 수분함량분석모듈은 상기 반사판으로 IR 광원을 조사하는 IR 디렉터; 및 반사되는 IR광원의 양으로 광흡수도를 분석하여 수분 함량을 도출하는 IR검출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 가스분석모듈은 상기 반사판 및 쿨러의 표면에 생성된 수분막에 레이저를 조사하여 액적 응결시 액적에 용해된 잔류 가스 및 표면 이온 성분을 분석하는 라만분광계(Raman Spectrometer):를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 반사판은 미러(Mirror)와 금속 나노 입자의 필름으로 구성되며, 상하로 이어지는 길이 방향으로 부착되어 응결된 액적이 흐를 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템은 잔류가스가 유입되는 인입구 일측에 건조한 질소 기체 및 공기를 상기 반사판으로 공급하는 드라이관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 IR광원은 1.4um 또는 1.9um의 파장으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 반사판은 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 금(Au) 으로 구성된 금속막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 상기 반사판은 금속 나노 입자 또는 금속 와이어로 구성된 라만증대막(Surface Enhanced Raman, SER);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템에 의하면, 수분을 포함하는 공기를 결로시켜 생성된 수분막에 IR광원을 조사하여 수분 함량을 측정하고, 라만 분석을 통해 수분막 생성시 액적에 용해된 잔류가스 및 표면 이온 성분을 분석하도록 구성됨으로써, 사전에 인지하지 않은 다양한 잔류 가스나 이온 성분의 분석이 가능하고, 시편을 만들기 위해 사전에 가스를 용액에 용해하는 번거로운 사전 작업 없이 실시간으로 다양한 종류의 이온이나 가스 성분의 정량 및 정성 분석이 가능할 뿐 아니라 제조 공정 중 제품의 표면에 잔류하는 표면 이온의 성분도 측정 및 분석할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템의 전반적인 구성을 나타내는 제1구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템의 세부적인 구성을 나타내는 제2구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 반사판의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템의 세부적인 구성을 나타내는 제2구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 반사판의 구성을 나타내는 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템의 전반적인 구성을 나타내는 제1구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템의 세부적인 구성을 나타내는 제2구성도이다.
본 발명에 따른 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템(1)은 수분을 포함하여 공기중에 잔류하는 가스를 결로점 이하로 낮은 온도를 갖는 Cooling 기판을 통과하게 하여 Cooling기판에 결로를 발생시키며, 결로(H2O. 수분)가 형성될 때 1.4um 또는 1.9um의 IR(수분의 광흡수가 높은 파장)을 반사시켜 반사광의 강도가 떨어지는 온도 즉, 이슬점의 온도를 도출하고, 상기한 결로 온도와 수분 함량 관계를 분석하여 수분 함량을 도출하며, 생성된 결로에 주위의 잔류 가스가 용해될 수 있도록 한 뒤, 수분에 용해된 잔류 가스나 표면에 존재했던 이온 성분을 라만 스펙트럼을 이용하여 정성 및 정량적으로 분석할 수 있도록 구성된다.
따라서, 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 쿨러(100), 반사판(200), 분석부(300) 및 드라이관(400)을 포함할 수 있다.
상기 쿨러(100)는 수분을 포함한 공기를 이슬점 이하로 냉각시키도록 구성된다.
구체적으로, 상기 쿨러(100)는 수분을 함유한 공기를 이슬점 까지 냉각하여 쿨러 표면에 배치된 상기 반사판(200)과 냉각 표면에 수분이 결로되어 수분막이 형성되도록 하는 쿨링 시스템일 수 있다.
또한, 상기 쿨러(100)는 -100 ~ -200℃ 내의 표면 온도 범위를 갖도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 쿨러(100)는 IR광원 및 후술할 IR디렉터의 쿨링이 함께 이루어질 수 있도록 일체형으로 구성되어 열전달이 용이하게 구현될 수 있도록 시스템화됨이 바람직할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 반사판의 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 상기 반사판은 (200)상기 쿨러(100)의 외주면 일면에 배치되어 상기 쿨러(100)의 구동으로 냉각되어 수분막이 형성될 수 있도록 한다.
또한, 상기 반사판(200)은 미러(Mirror)(210)와 금속 나노 입자의 필름(220)으로 구성되며, 상하로 이어지는 길이 방향으로 부착되어 응결된 액적이 흐를 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 상기 반사판(200)은 미러(210)와 금속 나노 입자 필름(220)으로 구성되며, 수직 또는 천장에 부착된 형태로 구성됨으로써, 반사판(200)에 응결된 수분이 용이하게 흐를수 있도록 구성된다.
또한, 상기 반사판(200)은 잔류가스가 유입되는 인입구 일측에 건조한 질소기체 및 공기를 상기 반사판(200)으로 공급하는 드라이관(400)을 통해 반사판(200) 표면을 건조 및 청소할 수 있도록 구성됨으로써, 수분없는 환경의 IR반사값 기준을 구현할 수 있도록 한다.
또한, 상기 반사판(200)은 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 금(Au) 으로 구성된 금속막(230)을 포함하여 반사율을 더욱 증대시킬 수 있도록 한다.
또한, 상기 반사판(200)은 금속 나노 입자 또는 이와 동등한 금속 와이어로 구성된 라만증대막(Surface Enhanced Raman, SER)(240)을 포함함으로써, 라만 효과를 극대화할 수 있도록 한다.
상기 분석부(300)는 상기 반사판(200)에 대향 배치되고, 수분이 결로되어 반사판(200)에 형성된 수분막으로 광원을 조사하여 수분 함량 및 잔류 가스와 표면 이온의 정성 및 정량을 분석하도록 구성된다.
구체적으로, 상기 분석부(300)는 수분을 함유한 공기가 쿨러(100)에 의해 이슬점의 온도까지 냉각되어 반사판(200) 표면에 수분막이 형성되면 광흡수도가 높은 IR광원을 조사하고 반사되어 나온 IR광원의 강도를 감지하여 강도가 낮아지는 온도가 이슬점임을 도출하고, 상기 결로 온도와 수분함량의 관계로부터 수분 함량을 결정한다.
또한, 상기 분석부(300)는 결로에 의해 생성된 수분막 액적에 잔류가스가 용해되어 있으므로, 수분막 표면에 라만(Raman) 분석을 통해 수분에 용해되어 있는 잔류 가스에 대한 정성 및 정량 분석을 할 수 있게 된다.
또한, 상기 분석부(300)는 냉각되는 물체의 표면에 이온 성분이 존재할 경우, 결로 형성시 표면에 존재하였던 이온이 액적에 용해되어 라만 분석을 통해 이온 성분도 측정 및 분석할 수 있도록 구성된다.
따라서, 상기 분석부(300)는 수분함량분석모듈(310) 및 가스분석모듈(320)을 포함할 수 있다.
상기 수분함량분석모듈(310)은 수분막이 형성된 반사판(200)으로 IR(Infrared)광원을 조사하고 반사되는 IR광원을 검출하여 광흡수도 분석을 통해 수분 함량을 분석하는 모듈일 수 있다.
따라서, 상기 수분함량분석모듈(310)은 상기 반사판(200)으로 IR 광원을 조사하는 IR 디렉터(311) 및 반사되는 IR광원의 양으로 광흡수도를 분석하여 수분 함량을 도출하는 IR검출기(312)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수분함량분석모듈(310)은 공기 중에 포함된 수분의 양이 이슬점과 비례함으로 온도를 충분히 냉각시킬 수 있다면 낮은 농도의 수분 함량까지 측정 및 도출이 가능할 수 있다.
또한, 상기 IR광원은 수분에서의 광흡수율이 높은 1.4um 또는 1.9um의 파장으로 구성될 수 있다.
상기 가스분석모듈(320)은 반사판(200) 및 쿨러(100)의 표면에 생성된 액적에 용해된 잔류 가스 및 표면 이온을 분석하도록 구성된다.
또한, 상기 가스분석모듈(300)은 상기 반사판(200) 및 쿨러(100)의 표면에 생성된 수분막에 레이저를 조사하여 액적 응결시 액적에 용해된 잔류 가스 및 표면 이온 성분을 분석하는 라만분광계(Raman Spectrometer)(321)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 라만분광계(321)는 결로되어 수분막이 형성될 때 액적에 잔류 가스를 주입하거나 노출시킨 후 잔류 가스가 용해된 액적에 레이저를 조사하여 라만 분석을 통해 잔류 가스 성분에 대한 정량 및 정성 분석을 구현할 수 있게 한다.
상기 드라이관(400)은 잔류가스가 유입되는 인입구 일측에 구비되어 반사판(200)으로 건조한(dry) 질소기체 및 공기를 주입시키는 것으로, 상기 반사판(200)의 미러(210) 표면을 건조시키거나 청소시킬 수 있도록 하여 수분없는 환경의 IR 반사값 기준을 구현할 수 있도록 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템에 의하면, 수분을 포함하는 공기를 결로시켜 생성된 수분막에 IR광원을 조사하여 수분 함량을 측정하고, 라만 분석을 통해 수분막 생성시 액적에 용해된 잔류가스 및 표면 이온 성분을 분석하도록 구성됨으로써, 사전에 인지하지 않은 다양한 잔류 가스나 이온 성분의 분석이 가능하고, 시편을 만들기 위해 사전에 가스를 용액에 용해하는 번거로운 사전 작업 없이 실시간으로 다양한 종류의 이온이나 가스 성분의 정량 및 정성 분석이 가능할 뿐 아니라 제조 공정 중 제품의 표면에 잔류하는 표면 이온의 성분도 측정 및 분석할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
1 : 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템
100 : 쿨러 200 : 반사판
210 : 미러 220 : 나노 입자 필름
230 : 금속막 240 : 라만증대막
300 : 분석부 310 : 수분함량분석모듈
311 : IR디렉터 312 : IR검출기
320 : 가스분석모듈 321 : 라만분광계(SER)
400 : 드라이관
100 : 쿨러 200 : 반사판
210 : 미러 220 : 나노 입자 필름
230 : 금속막 240 : 라만증대막
300 : 분석부 310 : 수분함량분석모듈
311 : IR디렉터 312 : IR검출기
320 : 가스분석모듈 321 : 라만분광계(SER)
400 : 드라이관
Claims (9)
- 공기를 이슬점 이하로 냉각시키는 쿨러;
상기 쿨러의 외주면에 배치되고, 상기 쿨러의 구동으로 냉각되는 반사판; 및
상기 반사판에 대향 배치되고, 결로 되어 상기 반사판에 형성된 수분막으로 광원을 조사하여 수분 함량 및 잔류 가스와 표면 이온의 정성 및 정량을 분석하는 분석부;
를 포함하고,
상기 반사판은,
상기 쿨러 상단에 위치하는 미러(Mirror);
상기 미러 상단에 위치하고 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 금(Au)으로 구성된 금속막;
상기 금속막 상단에 상하로 이어지는 길이방향으로 부착되어 응결된 액적이 흐를 수 있도록 구성된 금속 나노 입자의 필름; 및
상기 금속 나노 입자의 필름 상단에 위치하고, 금속 나노 입자 또는 금속 와이어로 구성된 라만증대막(Surface Enhanced Raman, SER);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 분석부는,
수분막이 형성된 반사판으로 IR(Infrared)광원을 조사하고 반사되는 IR광원을 검출하여 광흡수도 분석을 통해 수분 함량을 분석하는 수분함량분석모듈; 및
상기 반사판 및 쿨러의 표면에 생성된 액적에 용해된 잔류 가스 및 표면 이온을 분석하는 가스분석모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템.
- 제 2항에 있어서,
상기 수분함량분석모듈은,
상기 반사판으로 IR 광원을 조사하는 IR 디렉터; 및
반사되는 IR광원의 양으로 광흡수도를 분석하여 수분 함량을 도출하는 IR검출기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템.
- 제 2항에 있어서,
상기 가스분석모듈은,
상기 반사판 및 쿨러의 표면에 생성된 수분막에 레이저를 조사하여 액적 응결시 액적에 용해된 잔류 가스 및 표면 이온 성분을 분석하는 라만분광계(Raman Spectrometer):
를 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
잔류가스가 유입되는 인입구 일측에 건조한 질소 기체 및 공기를 상기 반사판으로 공급하는 드라이관;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템.
- 제 2항에 있어서,
상기 IR광원은,
1.4um 또는 1.9um의 파장으로 구성되는 것을 특징으로 하는 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템.
- 삭제
- 삭제
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| KR1020210069305A KR102532670B1 (ko) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템 |
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| KR1020210069305A KR102532670B1 (ko) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | 결로 온도를 이용한 수분 함량 측정을 동반한 잔류 가스 및 표면 이온 분석 시스템 |
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