KR20180057738A - 필터 바이패스 - Google Patents
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Abstract
환경 내의 입자를 검출하기 위한 입자 검출기(12)용 필터수단(10)이 기술되어 있다. 입자 검출기(12)는 센서출력을 발생하기 위해 검출영역 내의 유체를 분석하기 위한 하나 이상의 센서들(30)을 포함할 수 있다. 필터수단(30)은 환경으로부터의 유체를 검출영역으로 전달하고 제 1 흐름경로(22)와 필터(10)를 우회하는 제 2 흐름경로(24)를 포함한 흐름경로를 형성하는 구조를 포함한다. 또한 제 1 흐름경로(22)와 제 2 흐름경로(24)를 통한 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치(120B)와 적어도 2개의 상대 유량에 해당하는 센서출력을 수신하고 필터의 상태를 나타내는 출력을 발생하기 위해 로직을 이에 대해 적용하도록 구성된 컨트롤러(32)가 제공된다.
Description
본 발명은 입자 검출기에 관한 것이다. 하기의 설명은 연기 감지기, 특히 광학적 연기 감지기에 집중하나 당업자는 본 발명이 광범위한 적용을 갖는 것을 알 것이다.
의심을 방지하기 위해, '입자 검출' 등의 용어는 본 명세서에서 고체 및/또는 입자의 검출을 말하는데 사용된다.
입자 검출기는 가능성 있는 또는 초기의 화재로부터 발생한 연기가 있는 것을 경고하는데 종종 사용된다.
연기 감지기는 다양한 환경에서 작동하며, 가령 사무환경, 공장 및 가공공장, 발전소 및 청정실을 포함한다. 각각은 다른 수준의 배경 입자물질을 갖는다. 몇몇 환경에서, 배경입자물질의 농도는 시간에 따라 변할 것이다.
어떤 환경에 있을 수 있는 공기 내에서 상당히 높은 수준의 배경 오염에 연속적으로 노출될 경우 이런 연기 감지기에 문제가 발생할 수 있다. 최근 대규모 예는 아시아 지역에 종종 나타난 고도의 연기 오염으로, 이는 주로 갈탄을 태우기 때문이라 생각될 수 있다.
배경 오염은 검출기내 구성요소들의 오염이, 예컨대 검출기 챔버내 임계 성분들의 광학적 특성들에 있어 공기 경로 및 공기 변화를 막기 때문에 조기에 고장을 일으키게 할 수 있다.
산란광 검출기는 검출챔버를 가로지르는 빔을 투사하도록 배열된 광원을 포함한다. 빔의 일부가 시계(視界)를 가로지도록 광전센서가 배열되어 있다. 광전센서는 검출챔버에 입자들이 있기 때문에 빔으로부터 산란된 광을 수신한다. 시간이 지남에 따라 먼지와 부스러기들이 검출챔버내 표면에 쌓이고 광전센서를 향해 광을 반사킴으로써 검출챔버에 입자들의 허위표시를 제공할 수 있다. 먼지와 부스러기들은 또한 광원 및/또는 광전센서에 산란되어 광의 송수신을 악화시키고 검출기의 감도를 저하시킬 수 있다.
이들 문제를 해결하기 위한 한가지 접근은 '에어 배리어(air barrier)'의 사용을 포함한다. 에어 배리어는 하나 이상의 정화 기류들을 챔버로 보내게 형성되어 광원, 광전센서 및 광전센서의 시계(視界)내 벽들과 같은 중요 구성부품들 위로 흐르게 함으로써 쌓이는 먼지와 부스러기들을 막게 한다.
흡입된 연기 감지기들은 흡기장치로서 알려진 팬을 이용해 검출챔버를 통해 조사되는 공기를 끌어들인다. 조사되는 공기는 흡기구(들)를 통해 챔버에 들어간다. 에어 배리어 개념의 바람직한 수단은 필터(들)을 이용해 맑은 공기를 만든다. 필터는 흡기구에 나란히 배열되어 있어, 맑은 공기가 흡기장치에 의해 필터를 통해 검출챔버로 끌어들여 진다. 예컨대, 파이핑 네트워크로부터 공통된 기류는 2 부분으로 나누어질 수 있는데, 한 부분은 맑은 공기를 만들기 위해 여과되고 다른 부분은 조사되는 챔버로 들어간다.
검출챔버내 먼지 및 부스러기들의 누적과 관련된 문제를 해결하기 위한 또한 다른 접근은 '배경광'으로 알려진 쌓인 먼지 및 부스러기들로부터 반사된 광에 대한 측정을 구하고 배경광에 응답해 광전센서로부터 수신된 신호에 적용되는 검출기준을 조절하는 것이다. 배경광의 측정을 구하기 위한 한가지 접근은 검출챔버내 제 2 광전센서의 사용을 포함한다. 시계(視界)가 빔을 포함하지 않도록 제 2 광전센서가 배열된다. 이로써 제 2 광전센서로부터의 신호들은 빔으로부터 직접 산란된 광보다는 오히려 검출챔버내에 반사된 광을 나타낸다.
발명의 명칭이 "Smoke Meter with Purging Device"인 일본특허출원 59192940의 요약서에는 맑은 공기로 측정장치를 채우고 캘리브레이션을 수행하기 위해 맑은 대기의 불투명도를 측정하는 것이 설명되어 있다. 상술한 장치는 검출챔버에 맑은 공기를 공급하기 위한 전용 송풍기를 포함한다. 스위치를 누름으로써 컨트롤되는 밸브는 흡기관을 막아 정화동작 전에 검출챔버로 방출가스의 흐름을 중단하는데 사용된다.
뉴질랜드 특허 250497는 소방수단들이 오(誤)경보에 응답해 작동되는 것을 방지하는 것에 관한 것이다. 이는 흡기 연기 감지기들에 적용될 수 있는 동작 신택스(syntax)를 기술한 것이다. 경보조건이 검출되면, 챔버는 맑은 공기로 정화되고 배경 '연기'신호가 측정된다. 배경 판독이 기설정된 임계치 아래로 떨어지지 않으면 감지기 오류로 표시된다. 배경 '연기'가 기설정된 임계치 아래로 떨어지면, 시스템은 소방시스템을 촉발하기 전에 검출된 연기 수준이 다른 임계치 이상으로 상승하는지 대기한다.
오염된 환경에서 입자 검출기를 동작시키는 것과 관련된 문제들을 극복하기 위한 다른 시도들로 기류 속에 먼지 필터들을 두는 것이 포함되었다. 먼지 필터들은 피검출 연기와 관련없는 입자들을 걸러내는데 사용되어 왔다. 연기 입자들은 사용된 연료 및 연소상태에 따라 다양한 크기로 발생할 수 있고, 예상된 먼지 입자들의 타입과 피검출 연기의 타입에 따라 필터 타입이 선택된다.
종래의 먼지 필터들이 막아, 공기로부터 더 많은 입자들을 제거하기 시작하고 결국 연기 입자들(또는 다른 작은 대상 입자들)을 걸러내기 시작한다. 이는 필터의 유효 구멍크기로 인해 더 많은 입자들이 필터를 막기 때문에 저하될 수 있다. 소정 타입의 필터들, 특히 폼 필터(foam filter)는 필터를 가로지는 압력 강하 또는 필터를 관통하는 유량이 명백히 변경되기 전에 연기 입자들을 제거하기 시작할 수 있다. 그 결과 필터는 압력 및/또는 유량측정장치를 이용해 필터의 막힘이 감지될 수 있기 훨씬 이전에 미지의 연기 비율을 제거할 수 있다는 것이다.
몇몇 상황에서, 연기 감지기에 들어가기 전에, 예컨대, 맑은 공기로 샘플 기류를 희석시킴으로써 공기 샘플에 조건을 다는 시도들이 있었다. 이런 희석의 목적은 불변의 입자분포로 하지만 원래 샘플 기류보다 더 낮은 입자 농도로 샘플기류를 검출챔버에 보내기 위한 것이다. 이런 희석 수단들은 오염된 환경에서 동작하는 것과 관련된 문제들을 해결하는 방법이긴 하나, 입자농도가 낮아 감지기의 감도 및 정확도가 떨어진다.
희석으로 파이핑 네트워크를 이용해 피감시 공간으로부터 공기를 끌어들이는 공기 샘플링 연기 감지기에 문제가 나타난다. 감지기에 들어가는 흐름에 희석된 기류를 도입함으로써 피감시 영역으로부터 끌어당겨진 샘플 공기량이 줄어든다. 이로써 피감시 영역으로부터 연기 감지기로 샘플 공기를 이동시키는데 걸리는, "통과시간"이라고 하는 시간이 늘어나게 되고 이에 따라 검출시간도 늘어가게 된다.
본 출원인은 국제특허출원 WO 2007/095675에 제 1 샘플 흐름부가 헤파(HEPA, high efficiency particulate air) 필터를 통해 여과되는 수단을 제안하였다. 헤파필터는 제 1 샘플 흐름부로부터 실질적으로 모든 입자들을 제거하여 맑은 공기를 만든다. 맑은 공기는 여과되지 않은 제 2 샘플 흐름부를 희석시키는데 사용된다. 희석된 샘플 흐름은 차례로 검출영역으로 보내진다. 이 수단은 다른 희석수단들에 대한 통과시간 문제를 효과적으로 해결하며 더 엄격히 흐르게 되는 정도로 필터가 막아지게 허용된다면 검출영역에 입자 농도가 감소하기보다는 증가할 것이라는 점에서 바람직한 '장애시 안전(fail safe)' 동작을 갖는다. 희석 정도는 또한 온도 및 습도와 같은 환경요인들로 인해 변할 수 있다. 희석율이 변하면 관련된 연기 감지기의 정확도가 저하된다.
해당기술분야에서 이들 다양한 이점들에도 불구하고, 공지의 여과수단 및 희석수단들로는 검출영역에 도달한 입자들의 농도가 줄어들고 입자 검출기의 감도 및 정확도가 저하될 수 있다. 물론 연기 감지기는 민감하고 정확해야 하는 것이 바람직하다. 이는 또한 필터가 사용되는 경우 이것이 조건이며 특히 대상 입자들(예컨대, 연기 입자들)을 제거하는 정도로 막히는지 여부가 알려지는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 향상된 입자 검출, 향상된 입자 검출기 및 그 구성부품을 제공하거나 입자 검출에 대한 것들에 적어도 대안을 제공하는 것을 포함한다.
본 명세서에서 어떤 종래 기술에 대한 언급은 이 종래 기술이 호주 또는 임의의 다른 사법구역에 통상적인 일반지식의 일부를 이루며 이 종래 기술을 당업자가 알고 이해하며 생각할 것으로 예상할 수 있다는데 시인하거나 어떤 제안하는 형태가 아니며 그렇게 해석되지 않아야 한다.
본 발명의 일태양은 환경 내의 입자를 검출하고 센서출력을 발생하도록 검출영역에서 유체를 분석하기 위한 하나 이상의 센서들을 포함한 입자 검출기용 필터수단으로서, 환경으로부터 검출영역을 향해 유체를 전달하고 필터를 포함한 제 1 흐름경로와 상기 필터를 우회하는 제 2 흐름경로를 포함하는 흐름경로를 형성하는 구조와, 제 1 흐름경로 및 제 2 흐름경로를 통한 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치와, 적어도 2개의 상대 유량에 해당하는 센서출력을 수신하고 이에 대해 필터의 상태를 나타내는 출력을 발생하기 위한 로직을 적용하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 입자 검출기용 필터수단을 제공한다.
센서출력은 바람직하게는 입자 농도를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 형태로, 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치는 상대 유량을 가변시키도록 구성되거나 컨트롤되며(가령 컨트롤러에 의해 컨트롤되며), 컨트롤러는 주기적으로(예컨대, 정해진 간격으로, 가끔 랜덤하게, 또는 기설정된 스케줄에 따라) 및/또는 입자 농도의 변화 감지에 응답해 필터의 상태를 나타내는 출력을 발생하도록 구성된다.
컨트롤러는 필터의 상태가 기설정된 임계치를 초과할 경우 고장신호를 발생하도록 구성될 수 있다.
유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치는 바람직하게는 검출영역에 도달한 오염 농도를 컨트롤하기 위해 환경 내에서 예상 오염수준을 기초로 상대 유량을 가변하도록 구성되거나 컨트롤된다.
본 발명의 또 다른 태양은 환경 내의 입자를 검출하고 센서출력을 발생하도록 검출영역에서 유체를 분석하기 위한 하나 이상의 센서들을 포함한 입자 검출기용 필터수단으로서, 환경으로부터 검출영역을 향해 유체를 전달하고, 필터를 포함한 제 1 흐름경로와 상기 필터를 우회하는 제 2 흐름경로를 포함하는 흐름경로를 형성하는 구조와, 제 1 흐름경로 및 제 2 흐름경로를 통한 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치를 포함하고, 상기 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치는 검출영역에 도달한 오염 농도를 컨트롤하기 위해 환경 내의 예상된 오염수준을 기초로 상대 유량을 가변시키도록 구성되거나 컨트롤되는 입자 검출기용 필터수단을 제공한다.
본 발명의 바람직한 형태로, 예상된 오염수준을 기초로 상대 유량을 가변시키는 것은 반복 스케줄을 기초로 상대 유량을 가변시키는 것을 포함한다. 가장 바람직하기로, 스케줄은 상대적으로 더 높은 검출 감도를 위해 상대적으로 더 낮은 유체 비율이 제 1 흐름경로를 통과하는 야간모드와, 검출영역의 오염을 줄이기 위해 상대적으로 더 높은 유체 비율이 제 1 흐름경로를 통과하는 주간모드를 포함하한다.
선택적으로, 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치는 주기적으로 제 2 흐름경로를 통한 상대 유량을 일시적으로 증가시켜 주기적으로 검출기의 감도를 높이도록 구성되거나 컨트롤됨으로써, 검출영역의 오염을 낮추기 위해 제 2 흐름경로로부터의 유체에 검출영역의 시간평균 노출 및 이로써 운반된 오염이 줄어든다.
본 발명의 또 다른 태양은 환경 내의 입자를 검출하고 센서출력을 발생하도록 검출영역에서 유체를 분석하기 위한 하나 이상의 센서들을 포함한 입자 검출기용 필터수단으로서, 환경으로부터 검출영역을 향해 유체를 전달하고, 필터를 포함한 제 1 흐름경로와 상기 필터를 우회하는 제 2 흐름경로를 포함하는 흐름경로를 형성하는 구조와, 제 1 흐름경로 및 제 2 흐름경로를 통한 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치와, 주기적으로 제 2 흐름경로를 통한 상대 유량을 일시적으로 증가시켜 주기적으로 검출기의 감도를 높이도록 구성되는 컨트롤러를 포함하고, 이로써 검출영역의 오염을 낮추기 위해 제 2 흐름경로로부터의 유체에 검출영역의 시간평균 노출 및 이로써 운반된 오염이 줄어드는 입자 검출기용 필터수단을 제공한다.
본 발명의 바람직한 형태로, 제 2 흐름경로를 통한 상대 유량이 일시적으로 분당 1회 이상 증가된다.
바람직하기로, 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치는 제 2 흐름경로를 통한 상대 유량이 각 주기 동안 일시적으로 증가해 실질적으로 유체가 모두 제 2 흐름경로를 통해 전달되도록 구성되거나 컨트롤된다. 가장 바람직하기로, 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치는 제 2 흐름경로를 통한 상대 유량이 각 주기 사이에 일시적으로 증가해 실질적으로 유체가 모두 제 1 흐름경로를 통해 전달되도록 구성되거나 컨트롤된다.
구조는 환경으로부터 유체의 공통 기류를 수용하고 기류의 각 부분을 제 1 흐름경로 및 제 2 흐름경로로 보내도록 흐름분할수단을 포함할 수 있다. 바람직하기로, 구조는 제 1 흐름경로와 제 2 흐름경로로부터 유체를 수용하고 결합된 유체의 기류를 검출영역으로 전달하기 위한 흐름결합수단을 포함한다.
유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치는 밸브, 가령, 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 형태로, 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치는 전자기계 디바이스를 포함한다.
바람직하기로, 구조와 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치는 필터에 부과된 흐름제한보다 실질적으로 더 큰 흐름제한을 함께 부과하여 이로써 제 1 흐름경로 및 제 2 흐름경로를 통한 상대 유량이 실질적으로 필터상태에 무관해진다. 바람직하기로, 필터는 HEPA 필터이다.
본 발명의 바람직한 형태로, 제 2 흐름경로는 이로써 전달된 유체가 실질적으로 대상 입자들을 걸러내지 않도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 태양은 검출영역을 형성하는 구조와, 센서출력을 발생하기 위해 검출영역에 유체를 분석하기 위한 하나 이상의 센서들과, 환경으로부터 검출영역으로 유체를 전달하고 센서와 협력하도록 배열된 상기 필터수단을 포함하는 환경 내의 입자를 검출하기 위한 입자 검출기를 제공한다.
바람직하기로, 입자 검출기는 컨트롤러가 실질적으로 단지 제 1 흐름경로로부터 검출영역으로 유체를 전달하도록 장치를 컨트롤하는 퍼지모드와, 컨트롤러가 제 2 흐름경로로부터 검출영역으로 적어도 일부 유체를 전달하도록 장치를 컨트롤하는 검출모드를 갖고, 다른 출력을 발생하기 위해 검출모드로부터 센서출력에 로직을 적용하며, 필요하다면 퍼지모드로부터의 센서출력을 기초로 검출영역의 오염을 보상하도록 로직을 조절하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양은 환경으로부터의 유체를 검출영역으로 전달하고, 필터를 포함한 제 1 흐름경로와 필터를 우회하는 제 2 흐름경로를 포함한 흐름경로를 형성하는 구조와, 제 1 흐름경로와 제 2 흐름경로를 통한 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 장치와, 센서출력을 발생하기 위해 검출영역내 유체를 분석하기 위한 하나 이상의 센서들과, 컨트롤러가 제 2 흐름경로에서의 유체의 검출영역을 정화시키기 위해 실질적으로 단지 제 1 흐름경로로부터 검출영역으로 유체를 전달하도록 장치를 컨트롤하는 퍼지모드와, 컨트롤러가 제 2 흐름경로로부터 검출영역으로 적어도 일부 유체를 전달하도록 장치를 컨트롤하는 검출모드를 갖고, 다른 출력을 발생하기 위해 검출모드로부터 센서출력에 로직을 적용하며, 필요하다면 퍼지모드로부터의 센서출력을 기초로 검출영역의 오염을 보상하도록 로직을 조절하게 구성되는 컨트롤러를 포함하는 입자 검출기를 제공한다.
컨트롤러는 바람직하기로 퍼지모드와 검출모드 간에 주기적으로(가령, 정새진 간격으로, 가끔 랜덤하게, 또는 기설정된 스케줄에 따라) 전환하도록 구성된다. 가장 바람직하기로, 컨트롤러는 검출모드에서 퍼지모드로의 전환이 센서출력에 달려 있도록 구성된다.
컨트롤러는 챔버가 정화될 때 시간 간격에 걸쳐 센서출력을 기초로 복수의 측정들을 저장할 수 있다. 본 발명의 바람직한 형태로, 컨트롤러는 챔버가 정화될 때 다른 로직을 센서출력에 적용하고 필요하다면 고장신호를 발생하도록 구성된다.
로직은 센서출력으로부터 배경광의 측정을 빼는 것을 포함할 수 있다. 로직을 조절하는 것은 배경광의 새 측정을 계산하고 빼는 것을 포함할 수 있다.
센서는 하나 이상의 광전 디바이스들을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양은 환경으로부터 입자를 수용하기 위한 적어도 하나의 흡기구와 적어도 하나의 배기구를 형성하는 배관과, 상기 배관을 통해 유체를 이동시키도록 흡기구와 배기구 사이의 흡기장치와, 흡기장치의 하류로부터 유체를 수용하고 흡기장치의 상류로 유체를 전달하도록 배열되며 이로써 유체가 흡기장치에 의해 입자 검출기를 통해 이동되는 입자 검출기를 포함하는 환경 내의 입자를 검출하기 위한 입자 검출 시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 태양은 샘플 유체를 수용하고 입자 검출기의 검출영역을 통해 이동된 유체를 제공하기 위한 필터수단으로서, 제 1 흐름경로 및 제 2 흐름경로를 형성하는 구조와, 상기 제 1 흐름경로 및 제 2 흐름경로를 통해 수용된 샘플 유체의 상대 유량을 제어하기 위한 제어가능장치와, 컨트롤러를 포함하고; 적어도 하나의 제 1 흐름경로는 제 1 흐름경로를 따라 이동하는 유체로부터 입자를 걸러내기 위한 필터를 포함하며, 제 2 흐름경로와 여과된 제 1 흐름경로는 제 2 흐름경로를 따라 이동하는 유체가 필터를 우회하도록 배열되고, 여과된 제 1 흐름경로와 제 2 우회 흐름경로는 필터의 하류에서 검출영역과 소통하도록 배열되며; 제어가능장치는 여과된 제 1 흐름경로와 제 2 우회 흐름경로를 통한 상대 유량을 차분하는데 따른 적어도 2개의 모드를 갖고; 컨트롤러는 적어도 2개의 모드 각각에 대해 유체를 특징으로 하는 적어도 하나의 파라미터를 수용하도록 구성되거나 프로그램될 수 있으며, 수신된 파라미터를 기초로 필터 상태를 나타내는 필터상태 신호를 발생하도록 로직을 적용하게 구성되거나 프로그램될 수 있는 필터수단을 제공한다.
적어도 하나의 파라미터는 바람직하게는 입자 농도를 나타내는 신호로서, 가장 바람직하게는 검출영역과 관련된 입자 검출기, 가령 광전 디바이스의 구성부품으로부터 수신된다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 여과된 제 1 흐름경로와 제 2 우회 흐름경로는 필터의 하류에 수렴되고 연이어 검출영역과 소통된다.
제어가능장치는 바람직하게는 밸브이다. 제어가능장치는 전자기계 디바이스일 수 있다. 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 제어가능장치는 솔레노이드 밸브이다. 바람직하기로 제어가능장치는 컨트롤러와 동작가능하게 연결되어, 이로써 컨트롤러가 적어도 2개의 모드 사이로 전환된다. 이는 컨트롤러가 상기 필터상태 신호를 발생하기 위해 적어도 2개의 모드들 간에 전환하도록 구성되거나 프로그램되게 한다. 예컨대, 컨트롤러는 주기적으로, 즉, 매주 1회 상기 필터상태 신호를 발생하도록 구성되거나 프로그램될 수 있다.
컨트롤러는 검출영역에 도달한 오염 농도를 컨트롤하기 위해 실제 또는 예상 오염수준을 기초로 상기 모드들 간에 전환되도록 구성되거나 프로그램될 수 있다. 예컨대, 실질적으로 수용된 샘플 유체가 모두 걸러지는 한 모드는 공장환경에서 (높은 오염수준이 예상될 때) 주간동작 동안 사용될 수 있고, 실질적으로 수용된 샘플 유체가 모두 우회라인을 따라 이동하는 제 2 모드는 밤에 사용될 수 있다. 이런 식으로, 입자 검출기는 밤에 아주 민감하게 동작할 수 있으나, 주간시간 오염으로부터 보호될 수 있다. 컨트롤러는 여과 레벨을 차분하는데 따른 3 이상의 모드들을 가질 수 있다.
선택적으로 컨트롤러는 입자 농도의 변화를 나타내는 신호에 응답해 필터상태 신호를 발생하도록 모드들 간에 변경되도록 구성되거나 프로그램될 수 있다. 가령, 입자 농도의 급격한 증가 또는 감소(가령 50% 감소)가 검출되면, 컨트롤러는 제어가능장치를 컨트롤하여 상기 필터상태 신호를 구하고 이로써 급격한 증가 또는 감소가 수용된 생플 유체에서의 변화 또는 필터상태에서의 변화와 관계 있는지 판단한다. 컨트롤러는 또한 검출기 감도 증가 또는 오염 검출 증가에 대한 입자 농도를 나타내는 신호에 응답해 모드들 간에 변하도록 구성되거나 프로그램될 수 있다.
바람직하기로, 필터체크모드라고 하는 적어도 2개의 모드들 중 하나는 제 2 우회 경로흐름을 따라 이동하는 수용된 샘플 모두에 실질적으로 일치한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 2개의 모드들 중 적어도 하나에서, 구조 및/또는 제어가능장치는 필터에 부과된 흐름 제한보다 실질적으로 더 큰 흐름 제한을 부과하며, 이로써 여과된 제 1 필터 및 다른 흐름 경로(들)를 통해 흐르는 유체의 상대 유량이 실질적으로 필터상태에 무관해진다.
본 발명의 바람직한 형태의 컨트롤러는 필터상태신호가 기설정된 임계치를 초과하면 고장신호를 발생하도록 로직을 적용하게 구성되거나 프로그램된다.
구조는 샘플 유체의 공통 기류를, 가령 공동 개구, 예를 들어 파이핑 네트워크와 연결된 공동 파이프를 통해 수용하고 여과된 제 1 흐름경로와 제 2 우회 흐름경로로 상기 기류의 각각의 부분을 보내도록 구성된 흐름분할수단을 포함할 수 있다.
본 발명의 이 태양은 또한 필터수단 및 검출영역을 포함한 입자 검출기를 제공하고, 필터수단은 유체를 제공하기 위해 검출영역과 소통된다.
본 발명의 이 태양은 또한 입자 검출기 상류에 필터의 필터상태를 판단하는 방법으로서, 필터와 입자 검출기의 상류에 필터를 우회하도록 배열된 바이패스 중 적어도 하나를 통한 제 1 유체 흐름을 만드는 단계와, 제 1 유체흐름과 관련된 적어도 하나의 제 1 파라미터를 측정하는 단계와, 제 2 유체흐름을 발생하기 위해 필터와 바이패스를 통한 상대 유량을 가변시키는 단계와, 제 2 유체흐름과 관련된 적어도 하나의 제 2 파라미터를 측정하는 단계와, 필터상태를 판단하기 위해 측정된 파라미터에 로직을 적용하는 단계를 포함하는 필터의 필터상태를 판단하는 방법을 제공한다.
측정 파라미터는 바람직하게는 입자 농도이고, 가장 바람직하게는 입자 검출기에 측정된다.
가변시키는 단계는 바람직하게는 적어도 하나의 전자기계 밸브를 작동시키는 것을 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 제 1 및 제 2 유체 흐름은 편의상 바이패스를 통한 유체의 흐름을 선택적으로 막고 허용함으로써 만들어진다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 샘플 유체를 수용하고 입자 검출기의 검출영역을 통해 이동되는 유체를 제공하기 위한 필터수단으로서, 제 1 흐름경로 및 제 2 흐름경로를 형성하는 구조와, 제 1 흐름경로 및 제 2 흐름경로를 통해 수용된 샘플 유체의 상대 유량을 제어하기 위한 제어가능장치와, 컨트롤러를 포함하고, 적어도 하나의 제 1 흐름경로는 제 1 흐름경로를 따라 이동하는 유체로부터 입자를 걸러내기 위한 필터를 포함하며, 제 2 흐름경로와 여과된 제 1 흐름경로는 나란히 배열되어 있어, 제 2 흐름경로를 따라 이동하는 유체가 필터를 우회하고, 여과된 제 1 흐름경로와 제 2 우회 흐름경로는 필터의 하류에서 검출영역과 소통하도록 배열되며, 제어가능장치는 여과된 제 1 흐름경로와 제 2 우회 흐름경로를 통한 상대 유량을 차분하는데 따른 적어도 2개의 모드를 갖고, 컨트롤러는 검출영역에 도달한 오염 농도를 컨트롤하기 위해 실제 또는 예상 오염수준을 기초로 상기 모드들 간에 전환되도록 구성되거나 프로그램될 수 있는 필터수단을 제공한다.
본 발명의 이 태양은 또한 필터수단과 검출영역을 포함한 입자 검출기를 제공하며, 필터수단은 유체를 제공하기 위한 검출영역과 소통한다.
본 발명의 이 태양은 또한 입자 검출기의 검출영역에 제공된 유체의 오염 농도를 컨트롤하는 방법으로서, 필터와 상기 필터를 우회하도록 배열된 바이패스 중 적어도 하나를 통한 유체 흐름을 발생하는 단계와, 유체 흐름을 검출영역으로 보내는 단계와, 검출영역에 도달한 오염 농도를 컨트롤하기 위해 실제 또는 예상 오염수준을 기초로 필터 및 바이패스를 통한 상대 유량를 가변시키는 단계를 포함하는 유체의 오염 농도를 컨트롤하는 방법을 제공한다.
넓은 용어로, 본 발명의 다른 태양은 (오염된 환경에서) 흡기식 연기/입자 검출기를 모니터하는 방법으로서, 연기/입자 검출기의 샘플 공기 출력 및 검출영역 간에 필터가 있는 제 1 흐름경로를 제공하는 단계와, 샘플 공기출력과 검출영역 간에 여과된 제 1 흐름경로를 우회하는 제 2 흐름경로를 제공하는 단계와, 여과된 제 1 흐름경로에서 입자 농도에 대한 제 1 신호를 구하는 단계와, 제 2 흐름경로를 통해 샘플 공기를 방향전환 시키는 단계와, 제 2 흐름경로에서 입자 농도에 대한 제 2 신호를 구하는 단계와, 제 1 및 제 2 신호를 기초로 필터의 상태를 나타내는 측정을 구하는 단계를 포함하는 흡기식 연기/입자 검출기를 모니터하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 (오염된 환경에서) 흡기식 입자 검출기를 동작시키는 방법으로서, 연기/입자 검출기의 샘플 공기 출력 및 검출영역 간에 필터가 있는 제 1 흐름경로를 제공하는 단계와, 샘플 공기출력과 검출영역 간에 여과된 제 1 흐름경로를 우회하는 제 2 흐름경로를 제공하는 단계와, 표시되지 않은 입자들(가령, 먼지 입자들)의 발생을 나타내는 신호에 응답해 제 1 및 제 2 흐름경로 간에 스위칭하는 단계를 포함하는 흡기식 입자 검출기를 동작시키는 방법을 더 제공한다.
표시되지 않은 입자들의 발생을 나타내는 신호는 가령 타이밍 신호 또는 검출신호일 수 있다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 검출영역과, 상기 검출영역에서 입자를 나타내는 신호를 검출하고 제공하기 위한 하나 이상의 센서들과, 연구대상 유체 흐름경로를 따라 유량을 컨트롤하기 위한 제어가능장치와, 검출영역을 통해 연구대상 유체를 선택적으로 이동시키도록 제어가능장치를 컨트롤하도록 구성된 컨트롤러를 포함하고, 검출영역은 검출영역의 오염을 줄이기 위해 연구대상 유체 및 이에 의해 전달된 오염물질을 이동시키도록 노출되는 입자 검출기를 제공한다.
바람직하기로, 구조는 샘플 공간으로부터 끌어들여진 샘플 유체의 기류를 전달하기 위한 샘플 유체 흐름경로를 더 형성하며, 제어가능장치는 샘플 유체 기류의 적어도 일부를 연구대상 유체 흐름경로를 따라 흐르게 보내도록 구성되며, 상기 샘플 유체 기류의 적어도 일부는 연구대상 유체를 이룬다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 구조는 여과된 제 1 흐름경로를 형성하고, 연구대상 유체 흐름경로는 제 2 우회 흐름경로를 이루며, 여과된 제 1 흐름경로와 제 2 우회 흐름경로 각각은 검출영역과 소통한다.
입자 검출기는 바람직하게는 상기 유체 기류를 만들고 이동시키기 위해 검출영역 하류에 흡기장치를 포함한다.
제 2 우회 흐름경로는 바람직하게는 실질적으로 여과되지 않으며, 이로써 연구대상 유체도 거의 여과되지 않는다.
여과된 제 1 흐름경로는 바람직하게는 그 경로를 따라 이동하는 유체로부터 거의 모든 오염물질을 걸러내도록 구성된다. 예로써, 여과된 제 1 흐름경로는 HEPA 필터로 놓여질 수 있다.
바람직하기로, 컨트롤러는 시간의 약 20%로 검출영역을 통한 연구대상 유체를 이동시키도록 구성된다. 가장 바람직하기로, 연구대상 유체는 분당 1회 이상 검출영역을 통해 이동된다. 예로써, 검출영역은 여과된 제 1 흐름경로로부터 걸러진 유체에 4초간 이어서 제 2 우회 흐름경로로부터의 여과되지 않은 유체에 1초간 번갈아 노출될 수 있다.
컨트롤러는 표시신호를 수신하고 다른 신호를 발생하도록 로직을 적용하게 구성될 수 있다. 바람직하기로, 컨트롤러는 검출영역을 통해 연구대상 유체를 선택적으로 이동시키는 동안 표시신호를 수신하고 필요하다면 검출영역의 상기 오염을 보상하도록 구성된다.
본 발명의 이 태양은 또한 검출영역을 갖는 흡기식 입자 검출기를 동작시키는 방법으로서, 검출챔버로 새로운 샘플 흐름을 단속적으로 도입시키는 단계와, 검출영역을 통해 연구대상 유체를 선택적으로 이동시키는 단계와, 입자 농도를 나타내는 신호를 발생시키도록 검출영역내 연구대상 유체를 조사하는 단계를 포함하고, 이로써 검출영역의 오염을 낮추기 위해 검출영역이 연구대상 유체 및 이로써 전달된 오염물질을 이동시키도록 선택적으로 노출되는 흡기식 입자 검출기를 동작시키는 방법을 제공한다.
상기 선택적으로 이동시키는 단계는 줄어든 전이시간 동안 샘플 공간으로부터 끌어 들여진 유체 기류의 적어도 일부 및 더 바람직하게는 거의 모두를 주기적으로 보내는 단계를 포함한다. 상기 주기적으로 보내는 단계는 바람직하게는 여과된 제 1 흐름경로로부터 제 2 우회 흐름경로로 상기 기류를 보내는 단계를 포함하며, 여과된 제 1 흐름경로와 제 2 우회 흐름경로 각각은 검출영역과 소통하고, 제 2 우회 흐름경로를 따라 이동한 유체는 연구대상 유체를 구성한다. 상기 방법은 바람직하게는 검출영역의 하류에 유체의 상기 기류를 만들고 이동시키기 위한 흡기장치를 동작시키는 단계를 포함한다.
제 2 우회 흐름경로는 연구대상 유체가 실질적으로 걸러지지 않도록 거의 여과되지 않는다.
여과된 제 1 흐름경로는 바람직하게는 상기 경로를 따라 이동하는 유체로부터 거의 모든 오염물질들을 걸러내도록 구성된다. 예로써, 여과된 제 1 흐름경로는 HEPA 필터로 놓여질 수 있다.
바람직하기로, 상기 방법은 시간의 약 20%로 검출영역을 통한 연구대상 유체를 이동시키는 단계를 포함한다. 가장 바람직하기로, 연구대상 유체는 분당 1회 이상 검출영역을 통해 이동된다. 예로써, 검출영역은 여과된 제 1 흐름경로로부터 걸러진 유체에 4초간 이어서 제 2 우회 흐름경로로부터의 여과되지 않은 유체에 1초간 번갈아 노출될 수 있다.
상기 방법은 다른 신호를 발생하도록 표시신호에 로직을 적용하는 단계를 포함할 수 있고, 또한 검출영역을 통해 연구대상 유체의 선택적 이동 동안 표시신호를 수신하며 필요하다면 검출영역의 상기 오염물질에 대해 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 검출영역과, 상기 검출영역에서 입자를 나타내는 신호를 검출하고 제공하기 위한 하나 이상의 센서들과, 컨트롤러와, 수용된 샘플 유체를 검출영역으로 보내기 위한 제 1 흐름경로와 제 2 흐름경로를 형성하는 구조와, 제 1 흐름경로 및 제 2 흐름경로를 통해 수용된 샘플 유체의 상대 유량을 컨트롤하기 위한 제어가능장치를 포함하고, 적어도 하나의 제 1 흐름경로는 상기 제 1 흐름경로를 따라 이동하는 유체로부터 입자를 걸러내기 위한 필터를 포함하고, 제 2 흐름경로와 여과된 제 1 흐름경로는 제 2 흐름경로를 따라 이동하는 유체가 필터를 우회하도록 배열되며, 제어가능장치는 여과되지 않은 유체의 검출영역을 정화시키기 위해 여과된 제 1 흐름경로로부터 걸러진 유체만을 수용하는 퍼지모드와 검출영역이 제 2 우회 흐름경로로부터 적어도 일부 유체를 수용하는 검출모드를 갖고, 컨트롤러는 검출모드시 표시신호를 수신하고 다른 신호를 발생하도록 로직을 적용하게 구성되거나 프로그램되며, 컨트롤러는 검출영역이 여과되지 않은 유체로 정화될 때 표시신호를 수신하고 필요하다면 이에 응답해 로직을 조절하여 이로써 검출영역의 오염을 보상하도록 구성되거나 프로그램된다.
컨트롤러는 바람직하게는 퍼지모드와 검출모드 간에 전환을 컨트롤하기 위한 제어가능장치와 동작가능하게 연결된다. 컨트롤러는 검출모드로부터 퍼지모드로의 전환이 표시신호에 따르도록 구성될 수 있다. 예컨대, 검출기는 표시신호가 임계치 이상인 경우 퍼지모드로 들어가지 않게 구성될 수 있다. 시작 퍼지 임계치는 바람직하게는 경보 임계치의 50% 미만 및 가장 바람직하게는 약 50%의 입자농도에 해당한다.
컨트롤러는 바람직하게는 챔버가 정화될 때의 시간 간격에 대한 표시신호를 기초로 복수의 측정을 저장한다. 컨트롤러는 챔버가 정화될 때의 표시신호가 이전 퍼징 및 조절동작 동안 표시신호와 너무 낮고/낮거나, 너무 높고/높거나, 너무 가변적이고/가변적이거나, 너무 다른 경우 고장신호를 발생하도록 구성될 수 있다. 로직은 표시신호로부터 배경광의 측정을 빼는 단계를 포함할 수 있다. 로직의 조절은 배경광의 새 측정을 계산하도록 저장된 표시신호를 평균하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 이 태양은 또한 검출영역을 갖는 입자 검출기를 동작시키는 방법으로서, 검출영역을 통해 연구대상 유체를 이동시키는 단계와, 입자 농도를 나타내는 신호를 발생하기 위해 검출영역에서의 연구대상 유체를 조사하는 단계와, 다른 신호를 발생하기 위해 표시 신호에 로직을 적용하는 단계와, 여과된 유체를 형성하기 위해 샘플 공간으로부터 끌어 들여진 샘플 유체를 필터링하는 단계와, 연구대상 유체의 검출영역을 정화시키기 위해 검출영역을 통해 여과된 유체를 이동시키는 단계와, 입자 농도를 나타내는 제 2 신호를 발생하기 위해 검출영역에서 여과된 유체를 조사하는 단계와, 필요하다면 제 2 표시 신호에 응답해 검출영역의 오염을 보상하도록 로직을 조절하는 단계를 포함하는 입자 검출기를 동작시키는 방법을 제공한다.
연구대상 유체의 검출영역을 정화시키기 위해 검출영역을 통해 여과된 유체를 이동시키는 단계는 표시 신호에 따를 수 있다.
본문에서 다르게 필요로 하는 경우를 제외하고, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "구비하다"라는 용어와 "구비하는" "구비한다" 및 "구비한"과 같은 상기 용어의 변형은 다른 추가, 구성요소, 정수 또는 단계를 배제하지 않는 것으로 의도되어 있다.
본 발명의 내용에 포함됨.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입자 검출기의 개략도이다.
도 2a는 한 동작모드로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 2b는 또 다른 동작모드로 도 2a의 필터수단의 개략도이다.
도 3a는 한 동작모드로 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 3b는 또 다른 동작모드로 도 3a의 필터수단의 개략도이다.
도 4a는 한 동작모드로 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 4b는 또 다른 동작모드로 도 4a의 필터수단의 개략도이다.
도 5는 한 동작모드로 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 6a는 한 동작모드로 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 6b는 또 다른 동작모드로 도 3a의 필터수단의 개략도이다.
도 7은 한 동작모드로 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 2a는 한 동작모드로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 2b는 또 다른 동작모드로 도 2a의 필터수단의 개략도이다.
도 3a는 한 동작모드로 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 3b는 또 다른 동작모드로 도 3a의 필터수단의 개략도이다.
도 4a는 한 동작모드로 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 4b는 또 다른 동작모드로 도 4a의 필터수단의 개략도이다.
도 5는 한 동작모드로 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 6a는 한 동작모드로 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 6b는 또 다른 동작모드로 도 3a의 필터수단의 개략도이다.
도 7은 한 동작모드로 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터수단의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입자 검출기(12)를 도시한 것이다. 입자 검출기(12)는 필터수단(10), 검출챔버(30), 및 흡기장치(14)를 포함한다.
흡기장치(14)는 파이핑 네트워크(18)로부터 공기를 끌어들인다. 이 공기를 '샘플 공기'라 한다. 샘플 공기는 배기 파이프(46)를 통해 흡기장치(14)로부터 배기구(16)로 배기된다. 샘플링 파이프(48)는 배기 파이프(46)로부터 분기되어 필터수단(10)으로 뻗어 있어 흡기장치의 배기관과 필터수단(10)을 소통시킨다. 파이프(40)는 필터수단(10)과 검출챔버(30)를 소통시킨다. 검출챔버(30)는 차례로 파이프(50)에 의해 흡기장치의 흡기구와 소통된다. 흡기장치의 배기관으로부터 샘플 공기가 이로써 필터수단(10), 검출챔버(30)를 통해 보내지고, 흡기장치 흡기구로 돌아온다. 이런 배열을 서브-샘플링 루프라 한다.
필터수단(10)은 제 1 흐름경로(22) 및 제 2 흐름경로(24)를 형성하는 구조(42)를 포함한다. 흐름경로(22 및 24)는 나란히 배열되어 있고 매니폴드 공간(20)과 플레넘(plenum)(28) 사이에 뻗어 있다. 흡기장치 배기관으로부터 샘플 공기는 매니폴드 공간(20)에 수용되고, 상기 공간에서 제 1 및 제 2 흐름경로(22 및 24)로 나누어진다. 2개의 흐름경로들은 수렴되고 상기 흐름들이 플레넘(28)내에 결합된다. 결합된 흐름은 차례로 검출챔버(30)로 전해진다.
필터(26)는 제 1 흐름경로(22)를 따라 위치되어 있다.
매니폴드 공간(20)은 제 1 및 제 2 흐름경로를 통한 상대 유속을 가변시키기 위한 제어가능한 방식을 형성하는 밸브를 포함한다. 밸브는 도 2a 및 도 2b에 도시된 플랩(120B)과 같이 간단한 플랩이거나 버터플라이 플랩일 수 있다. 밸브의 동작을 변경시킴으로써, 플레넘(28)에 도달한 여과 공기 및 비여과 공기의 상대 비율 및 차례로 검출챔버(30)에 도달한 결합된 공기의 조성물이 컨트롤될 수 있다.
필터수단(10)은 컨트롤러(32)를 더 포함한다. 컨트롤러(32)는 검출챔버(30) 센서로부터 검출챔버내 입자의 농도를 나타내는 신호(44)의 형태로 출력을 수신한다. 몇몇 실시예에서, 컨트롤러는 수신된 신호를 처리해 출력을 발생하도록 배열될 수 있다. 이 실시예에서, 컨트롤러(32)는 매니폴드 공간(20)내 밸브와 동작가능하게 연결되어 제 1 흐름경로(22) 및 제 2 흐름경로(24)를 통한 상대 유량을 컨트롤한다.
본 명세서에 기술된 "컨트롤러"는 입력신호를 수신하고 다른 유용한 신호를 발생하기 위해 신호를 처리하기 위한 임의의 수단일 수 있다. 예컨대, 컨트롤러는 마이크로프로세서, FPGA, ASIC, 마이크로컨트롤러 또는 임의의 기능적으로 등가의 아날로그 또는 디지털 구현을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
입자 농도를 나타내는 신호(44)를 기초로 컨트롤러(32)는 소정의 경보 기준이 충족될 때 경보신호(미도시)를 발생한다. 설명되는 바와 같이, 컨트롤러(32)는 또한 로직을 적용해 필터(26)의 상태를 나타내는 신호(34)를 발생한다.
본원의 바람직한 형태에 따른 연기 감지기는 화재경보루프(미도시)를 따라 설치될 수 있고, 필터의 상태를 나타내는 신호(34)가 루프를 통해 화재경보 컨트롤 패널(FACP, 미도시)로 전송된다. FACP는 필터의 상태를 디스플레이하고, 필터 상태가 기설정된 임계치를 초과할 경우, 가령 음성신호나 디스플레이상에 번쩍이는 빛을 제공함으로써 에러 신호를 보낼 수 있다.
필터(26)는 입자 농도가 주지(周知)의 농도로 줄어들게 구성된다. 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 컨트롤러(32)의 영향하에서, 정상 검출모드시, 실질적으로 수용된 샘플 공기가 모두 여과된 제 1 흐름 경로(22)를 통해 보내지도록 매니폴드 공간(20)내에 밸브가 위치된다. 이로써 실질적으로 검출챔버(30)에 도달한 공기가 모두 여과된다. 따라서, 검출챔버(30)는 오염으로부터 보호된다.
컨트롤러(32)가 신호(44)를 적용하는 경보 기준은 필터(26)와 관련된 입자 농도가 주지의 농도로 감소되는 것을 기초로 조절된다. 본 발명의 상술한 바람직한 형태에 따르면, 조절은 컨트롤러(32)에 의해 자동으로 수행되고, 조절량은 하기의 절차에 의해 결정되는 바와 같이 필터 상태를 기초로 정규적으로 업데이트된다.
일주일에 한번, 그날의 정해진 시간에, 컨트롤러(32)는 매니폴드(20)로 신호를 보내어 밸브의 위치를 바꿔 제 1 경로(22) 및 제 2 경로(24)를 통한 상대 유량을 가변시킴으로써 실질적으로 수용된 샘플 공기가 모두 우회 흐름경로(24)를 통해 보내지게 한다. 이로써 실질적으로 검출챔버(30)에 수용된 모든 유체는 여과되지 않는다. 이 상태를 '필터체크모드'라 한다.
정상검출모드와 필터체크모드에서의 신호(44)를 비교함으로써, 컨트롤러(32)는 필터상태 및 특히 필터(26)가 필터를 통해 들어온 유체로부터 대상 입자들을 여과하는 정도를 추정할 수 있다.
상술한 정상검출모드에서, 검출챔버(30)는 오염으로부터 보호되는 한편, 상술한 조절은 다른 필터수단들보다 향상된 정확도를 유지한다. 그럼에도 불구하고, 유입 공기를 여과함으로써 검출챔버(30)에 도달한 입자 농도가 줄어들어 여과되지 않는 수단에 비해 감도가 다소 저하된다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 컨트롤러(32)는 매니폴드 공간(20)내 밸브를 컨트롤하도록 동작하여 제 1 흐름경로(22) 및 제 2 흐름경로(24)를 통한 상대 유량을 변화시켜 이에 따라 실제 또는 예상 오염수준에 응답해 검출챔버(30)에 수용된 유체가 여과되는 정도를 컨트롤한다. 상대 유량이 조절되면, 컨트롤러(32)는 경보기준에 맞게 조절한다. 이로써 본 발명은 공기가 심하게 오염된 경우 오염으로부터 최대로 보호하고 공기가 오염되지 않은 경우 최대로 민감하게 한다.
예로써, 입자 검출기(12)는 오염수준이 높을 것으로 예상될 때 공장의 주간시간 가동 동안 정상검출모드로 동작할 수 있고; 공장이 가동되지 않고 오염수준이 낮아지는 때는 "야간시간" 모드로 바뀔 수 있다. 야간시간모드에서 실질적으로 수용된 샘플 공기 모두 또는 그 중 선택된 부분이 여과되지 않은 제 2 흐름경로(24)를 통해 보내지고 경보기준에 맞는 조절이 컨트롤러(32)에 의해 행해진다. 검출챔버(30)는 이로써 주간시간오염으로부터 보호되는 한편, 밤 동안 최대 감도가 유지된다. 컨트롤러(32)는 정상검출모드와 야간시간모드 간에 각 전환시에 신호(44)를 비교할 수 있다. 따라서, 필터상태가 검사될 수 있고 경보기준이 일일 2회로 적절히 업데이트될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 수용된 샘플 공기의 일부 또는 거의 모두가 정상동작 동안 최대 감도를 위해 여과되지 않는 제 2 흐름경로(24)를 통과할 수 있다. 이들 실시예들에 따르면, 오염 사건(예컨대, 극장내 무대용 연기 또는 정거장에 도착한 디젤동력기차의 배출) 동안 여과량이 증가될 수 있다. 센서 출력에 적용되는 로직은 상대 유량의 함수로 변할 수 있다. 예컨대, 여과 정도가 높아지면 경보 임계치 또는 경도 지연이 낮아질 수 있다. 여과량의 변화는 시간표(가령, 기차 시간표)나 다른 입력에 의해 컨트롤될 수 있다. 예컨대, 간단한 수단으로, 운영자는 대량의 입자 오염을 발생하는 것으로 알려진 기계 한 대를 운영하기 전에 고도의 필터모드로 전환하도록 입력을 제공할 수 있다. 몇몇 실시예들은 2 이상, 가령, 상대 유량을 다르게 하고 이에 따라 여과량을 다르게 하는데 따른 4개의 별개의 동작모드를 가질 수 있다.
여과 정도는 검출된 입자 농도에 응답해 조절될 수 있다. 예로써, 필터(26)는 연기 입자들이 통과하게 하는 동안 먼지를 거르도록 선택된 폼 필터일 수 있다. 이 실시예에 따르면, 컨트롤러(32)는 더 많은 부분의 수용된 샘플 유체가 걸러지도록 흐름경로(22 및 24)를 통한 상대 유량을 가변시킴으로써 입자의 농도 증가를 나타내는 신호(44)에 응답한다. 신호(44)에서의 변화를 모니터함으로써, 컨트롤러(32)는 검출된 입자 농도의 증가가 먼지 또는 연기와 연관있는지 여부에 대해 추정할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 필터수단의 구조(142)를 개략 도시한 것이다. 샘플 공기가 흡기구(138)를 통해 매니폴드 공간(120A)으로 수용된다. 구조는 2개의 평행 흐름경로(122 및 124)를 형성한다. 흐름경로(122)는 폼 필터(126)에 의해 놓여 진다. 흐름경로(124)는 흐름경로(124)를 통한 유량 및 이어서 흐름경로(122 및 124)를 통한 상대 유량을 가변시키기 위한 컨트롤가능한 방식을 이루는 간단히 선회장착된 플랩에 의해 놓여 진다. 도 2a는 폐쇄위치에서의 플랩(120B)을 도시한 것이다. 도 2b는 개방위치에서의 플랩(120B)을 도시한 것이다. 흐름경로(122 및 124)가 수렴되고 이에 따라 흐름은 플레넘(128)에 결합되며, 결합된 유체는 배기구(140)를 통해 구조(142)를 나간다.
도 2a는 상술한 정상검출모드와 유사한 수단을 도시한 것이다. 흐르경로(124)는 플랩(120B)에 의해 막혀져 실질적으로 수용된 흐름 모두가 필터(126)를 통해 보내진다. 필터(126)는 도 2b에서와 같이 플랩(120B)이 개방된 경우 실질적으로 모든 유체가 흐름경로(124)를 통해 보내지도록 상대적으로 큰 임피던스를 갖는다.
필터(126)와 같은 폼 필터가 효과적으로 먼지 입자들을 걸러낸다. 필터의 정상동작 범위내에, 이런 필터들은 소량의 연기 입자들만 제거한다. 연기 및 먼지 입자들의 다른 처리로 바람직하게는 검출챔버가 먼지로부터 보호되게 하여 상대적으로 감도가 단지 적게 저하된다. 이런 폼 필터들이 갖는 문제는 필터들이 막히면 연기 입자들을 거르기 시작하고, 필터를 가로질러 압력 강하에 어떤 뚜렷한 변화가 있기 전에 상당량의 연기 입자들이 걸러질 수 있다는 것이다. 이 때문에 연기 입자들을 걸러내는 정도로 필터가 차단되었을 때를 판단하기가 어렵다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예는 검출챔버가 여과되지 않은 공기에 노출되도록 플랩(120B)을 개방함으로써 이 문제를 해결한다.
도 1, 도 2a 및 도 2b의 구조는 2개의 다른 소정의 동작모드에 적합하다.
이들 2개 모드 중 첫번째 모드에 따르면, 플랩(120B) 및 이에 따른 바이패스(124)가 주기적으로 개폐된다. 이 모드에서 검출기는 맑은 공기 주기들로 갈라지며 여과되지 않은 채 주기적으로 분출되는 공기를 수용한다. 이는 맑은 공기의 듀티 싸이클에 비례해 유입한 오염물을 줄임으로써 검출기 수명을 연장하는 이점이 있다. 예컨대, 여과되지 않은 공기가 1초간 검출기에 들어간 후 4초간 필터(126)에서 나온 공기에 노출되었다면, 하류 검출기의 오염률은 검출기가 그 시간 내내 미여과 공기에 완전히 노출되었을 경우 발생할 수 있는 오염률의 1/5일 수 있다. 이 방법은 국제특허출원 WO 2007/095675에서 본 출원인에 의해 제안된 희석수단과 유사한 수명연장 이점을 제공한다. 그러나, 이 시간종속적 방법의 바람직한 형태는 유량을 유지하거나 측정하는데 의존하지 않는 이점을 갖는다. 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 컨트롤러(32)는 단지 챔버(30)를 여과 공기가 차지했을 때의 신호(44)를 무시하는 한편 챔버(30)를 미여과 공기가 차지했을 때의 신호(44)에 정상처리기술을 적용한다.
이들 바람직한 동작모드의 두번째는 관통해 흐르는 유체로부터 실질적으로 모든 입자들을 효과적으로 걸러내는 HEPA 필터의 사용에 특히 잘 맞다. 수용된 샘플 유체가 모두 필터(126)를 통해 보내지도록 플랩(120B)이 닫히면, 맑은 공기(즉, 입자들이 없거나 적어도 대상 입자들이 없는 공기)가 검출챔버(30)로 보내진다. 챔버에 미여과 공기를 내보내고 맑은 공기로 채워진 후, 신호(44)가 검출챔버에 배경광 표시를 제공한다. 이 검출챔버는 경보기준을 조절하는데 이용될 수 있다. 예로써, 배경광 판독은 다른 신호를 발생하기 위해 (챔버(30)에 미여과 공기가 밀려올 경우) 신호(44)로부터 빼질 수 있고, 다른 신호가 기설정된 임계치를 초과할 경우 경보가 울린다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예를 개략 도시한 것이다. 이 실시예는 3개의 평행 흐름경로(222,224,236)를 포함한다. 경로흐름(222)은 HEPA 필터에 이어진다. 제 2 흐름경로(224)는 여과되지 않는다. 제 3 흐름경로(236)는 플랩(220B)에 이어진다.
정상검출모드시, 플랩(220B)은 도 3a에 도시된 바와 같이 흐름경로(236)를 막도록 폐쇄된다. 이 때문에 실질적으로 흡기구(238)를 통해 매니폴드 공간(220A)으로 수용된 샘플 공기가 모두 흐름경로들(222 및 224) 간에 나누어진다. 흐름경로(222 및 224)로부터, 공기가 플레넘 공간(228)에 수용되고 배기구(240)를 통해 구조(242)를 나간다. 이 수단에 따라, 경로(222 및 224)를 통한 상대 유량은 이들 2개 흐름경로들의 상대 임피던스에 의해 결정된다.
본 발명의 바람직한 형태는 흐름경로(222 및 224)의 상대 임피더스를 컨트롤하도록 배열된 개구 배플판(미도시)과 같은 하나 이상의 구조요소들을 포함한다. 배플판은 바람직하게는 필터(226)의 임피던스보다 상당히 더 큰 임피던스를 갖는다. 2개의 흐름경로(222 및 224)의 상대 임피던스는 배플판의 기하학적 형태에 의해 지배되므로 상대 유량은 필터 상태(적어도 필터가 극심히 막힐 수 있을 때까지)에 다소 무관해진다. 예로써, 배플판은 미여과 흐름경로(224)와 소통하는 하나의 작은 홀 및 여과 흐름경로(222)와 소통하는 다수의 홀들을 포함할 수 있다.
더욱이, 이 수단은 (가령, 추천된 서비스 간격들이 무시되었다면) 임피던스가 명백히 변하는 정도로 막힌 필터가 더 큰 입자 농도 신호를 발생하는 점에서 장애시 안전 동작을 제공한다. 필터(226)가 막히면, 흐름경로(222)의 임피던스가 증가되고 상대적으로 더 많은 공기가 흐름경로(224)를 통해 흐른다. 따라서, 필터(226)가 막히면, 정상검출모드시 구조(242)를 통과한 공기는 덜 여과된다. 즉, 더 큰 입자 농도를 갖는다.
도 3a 및 도 3b의 실시예에서, 흐름경로(236)는 바람직하게는 흐름경로(222 및 224)의 임피던스보다 상당히 더 낮은 임피던스를 가져 플랩(220B)이 개방되었을 경우 실질적으로 수용된 유체가 모두 미여과 흐름경로(236)를 통과하게 된다. 대안으로, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 다른 플랩(320C)이 제공될 수 있다.
주기적으로 또는 검출된 연기판독이 소정 값으로 변할 때마다 플랩(220B)의 위치는 도 3a의 폐쇄위치로부터 도 3b의 개방위치로 변할 수 있다. 이렇게 함으로써, 입자 검출기는 이제 희석되지 않은 연기에 노출되고 검출기는 실제 샘플 연기값을 기록할 것이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 2개의 구성들로 취한 연기레벨로부터의 비를 이룸으로써, 정상검출모드시 실제 희석비(즉, 유체경로(222 및 224)를 통과하는 유체의 비)를 결정할 수 있고 임계 레벨 또는 연속 분석장비의 감도 이득이 조절될 수 있다.
정상검출모드시 플랩(120B)을 단지 부분적으로 막음으로써 도 2a 및 도 2b의 구조를 이용해 유사한 장애시 안전 동작이 달성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b의 실시예는 흐름경로(224)를 선택적으로 막기 위한 제 3 밸브(320D)의 포함에 의해 변경될 수 있고, 필터(226)는 도 5에 도시된 바와 같이 HEPA 필터이다. 흐름경로(224 및 236)를 막음으로써, (도시된 필터수단의 하류에) 검출챔버로부터 신호가 배경광 표시를 제공하도록 모든 공기가 여과된다.
도 6a 및 도 6b는 필터(226')의 상태 표시인 희석율를 제공하기 위해 플랩(320C')의 형태로 컨트롤가능한 방식이 필터 흐름경로(322)를 선택적으로 막도록 배열된 다른 수단을 도시한 것이다. 도 6a는 정상사용시 구성을 도시한 것으로, 여과된 공기가 흡기구 흐름에 비해 미립자 배기구 흐름의 양을 희석시키는 우회공기와 결합된다.
도 6b에서, 필터를 통과한 흐름은 단지 미희석 공기만 배기구를 통과하도록 하며 실질적으로 차단된다. 따라서, 필요시 흐름경로(324)를 차단함으로써, 실제 흡기구 미립자 농도가 측정될 수 있고 그런 후 여과된 흐름경로(322)가 차단되지 않을 때 측정된 농도와 비교될 수 있다. 이런 식으로, 전체 필터의 희석 계수가 결정될 수 있고 그런 후 연이은 분석장비의 임계치 레벨 또는 감도 이득이 조절될 수 있다.
당업자는 많은 밸브 수단들이 이용될 수 있음을 인식할 것이다. 본 출원인은 밸브(320E)가 필터(226E)의 하류에 위치된 도 7에 도시된 수단과 같은 먼지 및 부스러기로부터 밸브를 가리기 위해 필터의 하류에 밸브를 배치함으로써 밸브 수명이 연장될 수 있음을 예상한다.
실질적으로 미여과 우회 흐름경로를 갖는 실시예들을 참조로 본 발명을 설명하였다. 이들 미여과 우회 흐름경로들은 매우 큰 미립자 물질, 가령, 곤충을 걸러내기 위해 거친 필터에 이어질 수 있는 것이 예상되며, 당면한 목적을 위해, 이런 수단은 실질적으로 미여과되는 것으로 간주될 수 있다.
더욱이, 당업자는 미여과 우회를 포함하지 않는 상업적으로 이점적인 실시예들이 있음을 인식할 것이다. 예로써, 도 1을 참조로, 흐름경로(22 및 24)는 모두 (새 것일 경우 먼지가 아니라 연기를 걸러내는) 동일한 폼 필터에 의해 놓여질 수 있다. 이 경우, 한가지 가능한 구성으로, 필터들 중 하나가 유체 및 필터체크모드 동안 이에 의해 운반된 미립자 물질에 단지 노출될 수 있다. 필터체크모드는 정상검출모드시 일상동작에 비해 일반적으로 잠깐 자주 사용되지 않는다. 그러므로, 이 필터는 다른 필터의 상태를 체크하기 위해 흐름을 수용하면서 "새로운" 상태에서 처럼 이 필터가 동작하는 것으로 가정될 수 있다.
본 명세서에 개시되고 정의된 본 발명은 텍스트 또는 도면으로부터 상술하거나 명백한 개개의 특징들 중 2 이상의 다른 조합들 모두에 확장되는 것을 알 것이다. 이들 다른 조합들 모두는 본 발명의 다른 다양한 태양들을 구성한다.
Claims (9)
- 환경 내 입자들을 검출하기 위한 입자 검출기로서,
상기 입자 검출기는:
환경으로부터 검출 영역을 향해 유체를 이송하기 위한 흐름 경로들을 정의하는 구조로서, 상기 구조는 필터를 포함하는 제1 흐름 경로 및 상기 필터를 우회하는 제2 흐름 경로를 포함하고;
상기 제1 흐름 경로 및 제2 흐름 경로를 통하는 유체의 유량을 컨트롤하여, 상기 제1 흐름 경로 및 제2 흐름 경로 사이의 상대적 유량을 변화시키는 메커니즘;
센서 출력을 생산하도록 검출 영역 내 유체를 분석하기 위한 하나 이상의 센서; 및
컨트롤러; 를 포함하고,
상기 컨트롤러는:
상기 컨트롤러가 실질적으로 제1 흐름 경로로부터만 상기 검출 영역에 유체를 이송하고 상기 제2 흐름 경로로부터의 유체의 검출 영역은 퍼지(purge)하도록 상기 메커니즘을 제어하는 퍼지 모드; 및
상기 컨트롤러가 상기 제2 흐름 경로로부터 상기 검출 영역으로 적어도 일부의 유체를 이송하도록 상기 메커니즘을 제어하는 검출 모드;를 갖고,
상기 컨트롤러는,
추가의 출력을 생성하도록 상기 검출 모드로부터 센서 출력에 로직을 적용하도록 구성되고,
상기 로직을 조정할 필요가 생기면, 상기 퍼지 모드로부터의 상기 센서 출력에 근거하여, 상기 검출 영역의 오염을 보상하도록 구성되는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 퍼지 모드 및 검출 모드 사이에서 주기적으로 전환되도록 구성되는, 입자 검출기. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 검출 모드로부터 상기 퍼지 모드로의 전환이 센서 출력에 따르도록 구성되는, 입자 검출기. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 챔버가 퍼지되었을 때, 시간 간격에 걸쳐 센서 출력을 기초로 복수의 측정들을 저장하는, 입자 검출기. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 챔버가 퍼지되었을 때 상기 센서 출력에 추가의 로직을 적용하고, 필요한 경우 고장 신호를 생성하도록 구성된, 입자 검출기. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로직은 상기 센서 출력으로부터 배경광(background light)의 측정을 제외시키는 것을 포함하는, 입자 검출기. - 제 6 항에 있어서,
상기 로직을 조정하는 것은 배경광의 새로운 측정을 계산하고 교체하는 것을 포함하는, 입자 검출기. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 하나 이상의 광전 디바이스를 포함하는, 입자 검출기. - 환경 내 입자들을 검출하기 위한 입자 검출 시스템으로서,
상기 시스템은:
환경으로부터 입자를 수용하기 위한 적어도 하나의 흡기구와 적어도 하나의 배기구를 형성하는 배관;
상기 배관을 통해 유체를 이동시키도록 흡기구와 배기구 사이의 흡기장치;
상기 흡기장치의 하류로부터 유체를 수용하고 흡기장치의 상류로 유체를 전달하도록 배열되며, 이로써 유체가 상기 흡기장치에 의해 입자 검출기를 통해 이동되는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 입자 검출기를 포함하는, 입자 검출 시스템.
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