KR20150124493A - 멀티센서 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티센서장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 멀티센서 장치는, 기체와 액체가 함께 존재하는 챔버와; 상기 챔버 내부의 액체 레벨을 측정하기 위한 레벨센서와; 상기 챔버 내부의 기체의 농도를 측정하기 위한 농도센서와, 상기 챔버 내부의 기체의 압력을 농도를 측정하기 위한 압력센서와, 상기 챔버 내부의 기체의 온도를 측정하기 위한 온도센서와, 상기 챔버 내부의 기체의 습도를 측정하기 위한 습도센서가 하나의 패키지로 구현된 센서모듈과; 상기 챔버 내부의 액체 또는 기체를 배출하기 위한 밸브와; 상기 센서모듈의 신호에 응답하여 상기 챔버 내부의 기체의 상태를 모니터링하고, 상기 레벨센서의 신호에 응답하여 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어모듈을 구비한다.

Description

멀티센서 장치{Multi-sensor apparatus}
본 발명은 멀티 센서 장치에 관한 것으로, 기체와 액체가 공존하는 챔버에서 기체의 농도, 압력, 온도, 습도를 측정하고, 액체의 레벨(수위)를 측정할 수 있는 멀티센서 장치에 관한 것이다.
연료 전지 스택은 연료(수소)와 산화제(산소)를 이용하여 전기 화학적으로 전력을 생산하는 장치로서, 외부에서 지속적으로 공급되는 연료(수소)와 산화제(산소)를 전기 화학반응에 의하여 직접 전기에너지로 변환시키는 장치이다.
연료 전지 스택의 산화제로는 순수 산소나 산소가 다량 함유되어 있는 공기를 이용하며, 연료로는 순수 수소 또는 탄화수소계 연료(LNG, LPG, CH3OH, 등)를 개질 하여 생성된 수소가 다량 함유된 연료를 사용한다.
이러한 연료전지 스택의 수소극에는 수소가스와 수증기가 혼합된 상태의 챔버가 구비되고, 연료전지 스택의 운전시에는 물이 지속적으로 발생되고, 발생된 물을 저장하고 배출할 수 있어야 한다.
이러한 연료전지 스택에는 기체인 수소가스와 액체인 물이 공존하는 챔버가 구비되고, 상기 챔버내에 일정한 양의 물이 차게되면 이를 배출하여 연료전지 스택쪽으로 물이 역류하지 않도록 하기 위해 밸브를 구비하고 있다.
그러나 액체인 물을 배출하기 위해 장기간 밸브를 열게 되면 챔버 내부의 수소가스가 외부로 배출되어 안전상 문제가 발생되기 때문에, 상기 챔버 내의 물의 양을 측정하고 수소가스가 새지 않을 정도로 물을 배출하는 장치가 필요하게 된다.
그러나 종래의 물의 배출 즉 액체의 배출을 위해서는 레벨센서가 존재하고 있으나, 이러한 레벨센서는 오작동이 발생되는 경우가 있어 오작동시에 수소가스 즉 기체가 외부로 방출되어 안전상 문제를 발생시키는 문제점이 있으며, 챔버 내의 기체의 상태를 정확하게 측정할 수 없다는 문제점이 있다.
또한 챔버 내부의 수소가스의 상태를 측정하여 최적의 조건으로 변경함에 의해 최적의 조건에서 연료전지 스택이 운전될 수 있도록 할 필요성이 제기되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0080881호(2012.07.18.)
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 멀티센서 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기체와 액체가 공존하는 챔버 내의 상태를 정확하게 측정할 수 있고, 액체를 적정하게 배출할 수 있는 멀티센서 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 챔버 내의 기체의 상태를 정확하게 측정하여 최적의 운전상태를 제공할 수 있는 멀티센서 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 멀티센서 장치는, 기체와 액체가 함께 존재하는 챔버와; 상기 챔버 내부의 액체 레벨을 측정하기 위한 레벨센서와; 상기 챔버 내부의 기체의 농도를 측정하기 위한 농도센서와, 상기 챔버 내부의 기체의 압력을 농도를 측정하기 위한 압력센서와, 상기 챔버 내부의 기체의 온도를 측정하기 위한 온도센서와, 상기 챔버 내부의 기체의 습도를 측정하기 위한 습도센서가 하나의 패키지로 구현된 센서모듈과; 상기 챔버 내부의 액체 또는 기체를 배출하기 위한 밸브와; 상기 센서모듈의 신호에 응답하여 상기 챔버 내부의 기체의 상태를 모니터링하고, 상기 레벨센서의 신호에 응답하여 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어모듈을 구비한다.
상기 제어모듈은 상기 레벨센서의 고장시 상기 농도센서, 상기 압력센서, 상기 온도센서, 상기 습도센서의 신호 변화를 감지하여 상기 챔버 내부의 액체의 레벨을 감지할 수 있다.
상기 레벨센서는 상기 챔버 외부에 장착되고, 상기 챔버 내부의 액체의 레벨을 감지하기 위한 전극과, 상기 전극에서 발생되는 신호를 처리하여 상기 제어부로 전송하기 위한 신호처리부를 구비할 수 있다.
상기 농도센서 및 상기 습도센서 각각은 선택적 감지막을 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기체와 액체가 공존하는 챔버 내의 기체의 농도, 압력, 온도, 습도 등의 측정을 통해 기체의 상태를 파악하는 것이 가능하고, 레벨센서를 통해 액체의 레벨을 측정하여 밸브의 개폐를 제어하는 것이 가능하다. 또한 레벨센서가 고장나는 경우에도 기체의 농도, 압력, 온도, 습도 등의 변화를 감지하여 액체의 레벨을 측정하여 배출 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티센서 장치의 개략도이고,
도 2는 도 1의 센서모듈의 개략도이고,
도 3은 도 1의 레벨센서의 개략도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티센서 장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 센서모듈의 개략도이고, 도 3은 도 1의 레벨센서의 개략도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티센서 장치(100)는 챔버(110), 레벨센서(130), 센서모듈(120), 제어모듈(150) 및 밸브(140)를 구비한다.
상기 챔버(110)는 기체와 액체가 함께 존재하는 챔버로, 예를 들면, 액체인 물과 기체인 수소가스가 혼합된 형태와 같이 기체와 액체가 공존하는 챔버이다. 상기 챔버(110)는 연료전지 스택(160)과 연결되어 구성되거나 함께 구성될 수 있으며, 상기 챔버(110) 내의 기체인 수소가스는 상기 연료전지 스택(160)으로 공급되고, 액체인 물은 외부로 배출되는 구성을 가질 수 있다.
상기 레벨센서(130)는 상기 챔버(110) 내부의 액체 레벨(또는 수위)을 측정하기 위한 것이다.
상기 레벨센서(130)는 상기 챔버(110) 내의 액체와는 비접촉 방식으로 상기 챔버(110) 외부에 장착되게 된다. 상기 레벨센서(130)는 상기 챔버(110)의 외부면에 접촉 또는 부착되어 액체의 수위를 검지하기 위한 전극(132)과 상기 전극(132)의 신호를 교정하고 원하는 출력신호를 전송할 수 있는 신호처리부(134)로 이루어지며, 상기 전극(132)과 상기 신호처리부(134)는 케이스(136)에 의해 보호되게 된다.
상기 레벨센서(130)는 상기 챔버(110)의 외부에 부착되어 챔버(110) 내부의 액체의 레벨 변화에 따라 변동되는 정전용량의 변화를 감지하여 레벨을 측정하게 된다.
상기 센서모듈(120)은 농도센서(122), 압력센서(124), 온도센서(126), 습도센서(128)를 구비하며, 하나의 케이스(127)에 농도센서(122), 압력센서(124), 온도센서(126), 습도센서(128)가 구비되는 형태를 가지며, 챔버(110) 내부의 기체에 대한 감지 선택성을 높일 수 있는 필터(125)를 구비하는 구조로 하나의 패키지 형태로 구현된다.
상기 센서모듈(120)은 챔버(110)면에 장착홀을 형성하고 챔버 외부측은 케이스(127)에 의해 보호되고, 내부측은 상기 필터(125)가 구비되며, 상기 케이스(127) 내에 농도센서(122), 압력센서(124), 온도센서(126), 습도센서(128)가 구비되는 형태를 가진다.
상기 농도센서(122)는 상기 챔버(110) 내부의 기체의 농도를 측정하기 위한 센서로, 선택적 감지막(122a)이 구비되어 선택성 및 특성 조절이 가능하다. 즉 상기 선택적 감지막(122a)의 조정을 통해 농도센서(122)의 선택성 및 특성 조절이 가능하다. 또한 상기 농도센서(122)는 상기 선택적 감지막(122a)을 통해 가스를 선별하는 것이 가능하다. 이에 따라 수소가스만을 선별하여 농도를 측정하는 것이 가능하다.
상기 농도센서는 상기 연료전지 스택(160) 내부의 수소가스의 농도를 측정하여 상기 연료전지 스택(160) 쪽으로 수소연료가 정상적으로 공급되고 있는지 지속적인 모니터링을 수행하기 위한 것으로, 필요시에는 상기 제어모듈(150)을 통해 수소공급조건을 변경하도록 정보를 제공하게 된다.
상기 농도센서(122)는 초미세 가공기술을 이용하여 소형화한 형태가 구비되며, 통상의 기술자에게 잘 알려진 농도센서가 구비될 수 있다.
상기 압력센서(124)는 상기 챔버(110) 내부의 기체의 압력을 측정하기 위한 센서로, 통상의 기술자에게 잘 알려진 압력센서가 구비될 수 있다.
상기 압력센서(124)는 상기 챔버(110) 내부의 수소가스의 압력을 모니터링 하기 위한 것으로, 상기 연료전지 스택(160) 쪽으로 과도한 압력이 인가되지 않도록 제어하기 위한 정보를 제공하게 된다.
상기 온도센서(126)는 상기 챔버(110) 내부의 기체의 온도 또는 챔버(110) 내부의 온도를 측정하기 위한 센서로, 통상의 기술자에게 잘 알려진 온도센서가 구비될 수 있다.
상기 온도센서(126)는 상기 챔버(110) 내부의 수소가스 즉 연료전지 스택(160)에 공급되는 수소가스의 온도를 모니터링 하기 위한 것으로, 상기 연료전지 스택이 최적의 온도조건으로 운전될 수 있도록 제어하기 위한 정보를 제공하게 된다.
상기 습도센서(128)는 상기 챔버(110) 내부의 기체의 습도를 측정하기 위한 센서로, 선택적 감지막(128a)이 구비되어 선택성 및 특성 조절이 가능하다. 즉 상기 선택적 감지막(128a)의 조정을 통해 습도센서(128)의 선택성 및 특성 조절이 가능하다. 상기 습도센서(128)는 초미세 가공기술을 이용하여 소형화한 형태가 구비되며, 통상의 기술자에게 잘 알려진 습도센서가 구비될 수 있다.
상기 습도센서(128)는 상기 연료전지 스택(160) 측의 습도 또는 챔버(110) 내부의 습도를 모니터링 하기 위한 것으로, 연료전지 스택(160)이 최적의 습도조건에서 운전될 수 있도록 정보를 제공하게 된다.
상기 밸브(140)는 상기 챔버(110)의 하단에 구비되며, 상기 제어모듈(150)의 제어에 의해 상기 챔버(110) 내부의 액체를 배출하기 위한 것이다.
상기 제어모듈(150)은 상기 센서모듈(120)의 감지신호들 및 상기 레벨센서(130)의 감지신호에 응답하여 상기 밸브(140)의 개폐를 제어하게 된다.
상기 제어모듈(150)은 상기 센서모듈(120)의 감지신호들을 통해 상기 챔버(110) 내부의 기체의 농도, 압력, 온도 및 습도를 감지하여, 상기 챔버(110) 내부의 기체의 상태를 파악하게 된다. 이에 따라 연료 전지 스택(160)이 최적의 상태로 운전이 가능하게 제어하게 된다. 이에 따라 연료전지 스택(160)의 운전효율을 향상시킬 수 있게 된다.
예를 들어, 상기 농도센서(122)를 통해 감지되는 수소가스의 농도가 미리 정해진 농도범위를 벗어나는 경우에 상기 챔버(110) 내의 수소공급조건을 변경하도록 제어할 수 있다. 또한 상기 압력센서(124), 상기 온도센서(126) 및 상기 습도센서(128)의 감지신호를 통해 상기 챔버(110) 내부 또는 상기 연료전지 스택(160)으로 공급되는 수소가스의 상태 등을 파악하여 최적의 운전조건에서 상기 연료전지 스택(160)이 운전될 수 있도록 제어하게 된다.
또한 상기 제어모듈(150)은 상기 레벨센서(130)의 감지신호를 통해 상기 챔버(110) 내부의 액체의 레벨(수위)을 파악하여 상기 밸브(140)의 개폐를 제어하게 된다. 예를 들어, 액체의 배출을 위한 상한 레벨과 하한레벨을 미리 정해놓고, 상기 레벨센서(130)를 통해 액체의 레벨이 상한 레벨에 도달하게 되면, 하한 레벨에 도달할 때까지 상기 밸브(140)를 통해 액체를 배출하게 된다. 하한 레벨 미만으로 배출하는 경우에는 기체인 수소가스가 배출될 우려가 있으므로, 하한레벨까지만 액체를 배출하게 된다.
특히 상기 제어모듈(150)은 상기 레벨센서(130)의 고장시에는 상기 센서모듈(120)을 통해 감지되는 감지신호들을 통해 챔버(110) 내의 액체의 레벨을 측정하는 것이 가능하다.
예를 들어, 상기 챔버(110) 내부로 액체가 차오르게 되면, 상기 챔버(110) 내부의 기체의 압력이나 농도 등이 증가하는 등 상기 센서모듈(120) 내의 농도센서(122), 압력센서(124), 온도센서(126), 및 습도센서(128) 중 적어도 어느 하나의 센서에서 감지되는 감지신호가 순간적으로 변화하게 되고, 상기 제어모듈(150)은 이러한 감지신호의 변화를 통해 상기 챔버(110) 내부의 액체의 레벨을 측정할 수 있게 되는 것이다.
상기 레벨센서(130)가 고장나 있는지 여부를 확실히 알 수 없는 경우에도, 상기 센서모듈(120) 내의 농도센서(122), 압력센서(124), 온도센서(126), 및 습도센서(128) 중 적어도 어느 하나의 센서에서 감지되는 감지신호를 통해 액체의 레벨을 측정하게 되면, 상기 레벨센서(130)의 감지레벨과 비교함에 의해 상기 레벨센서(130)의 고장여부를 판단하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기체와 액체가 공존하는 챔버 내의 기체의 농도, 압력, 온도, 습도 등의 측정을 통해 기체의 상태를 파악하는 것이 가능하고, 레벨센서를 통해 액체의 레벨을 측정하여 밸브의 개폐를 제어하는 것이 가능하다. 또한 레벨센서가 고장나는 경우에도 기체의 농도, 압력, 온도, 습도 등의 변화를 감지하여 액체의 레벨을 측정하는 가능한 효과가 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
110 : 챔버 120 : 센서모듈
130 : 레벨센서 140 : 밸브
150 : 제어모듈 160 : 연료전지 스택

Claims (4)

  1. 기체와 액체가 함께 존재하는 챔버와;
    상기 챔버 내부의 액체 레벨을 측정하기 위한 레벨센서와;
    상기 챔버 내부의 기체의 농도를 측정하기 위한 농도센서와, 상기 챔버 내부의 기체의 압력을 측정하기 위한 압력센서와, 상기 챔버 내부의 기체의 온도를 측정하기 위한 온도센서와, 상기 챔버 내부의 기체의 습도를 측정하기 위한 습도센서가 하나의 패키지로 구현된 센서모듈과;
    상기 챔버 내부의 액체의 레벨이 일정 레벨에 도달시에 액체를 배출하기 위한 밸브와;
    상기 센서모듈의 신호에 응답하여 상기 챔버 내부의 기체의 상태를 모니터링하고, 상기 레벨센서의 신호에 응답하여 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어모듈을 구비함을 특징으로 하는 멀티센서 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어모듈은 상기 레벨센서의 고장시, 상기 농도센서, 상기 압력센서, 상기 온도센서, 상기 습도센서의 신호 변화를 감지하여 상기 챔버 내부의 액체의 레벨을 감지함을 특징으로 하는 멀티센서 장치
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 레벨센서는 상기 챔버 외부에 장착되고, 상기 챔버 내부의 액체의 레벨을 감지하기 위한 전극과, 상기 전극에서 발생되는 신호를 처리하여 상기 제어부로 전송하기 위한 신호처리부를 구비함을 특징으로 하는 멀티센서 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 농도센서 및 상기 습도센서 각각은 선택적 감지막을 구비함을 특징으로 하는 멀티센서 장치.
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