KR20200050914A - 사물인터넷을 기반으로 하는 유해화학용액 누설 감지센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누설 감지센서에 관한 것으로, 특히 누설 감지센서가 사물인터넷(IoT : Internet of Things)을 기반으로 하여 원격지로 유해화학용액의 누설 정보를 전송하도록 함은 물론 주변에 근접하여 설치된 누설 감지센서와의 통신에 의해 함께 경보가 발생될 수 있도록 한 사물인터넷을 기반으로 하는 유해화학용액 누설 감지센서에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 유해화학물질의 누설을 감지하는 센싱부; 상기 센싱부와 일체로 형성된 본체에 내장되며, 상기 센싱부로부터 감지된 센싱신호에 의해 경보신호를 발생함과 아울러 주변에 설치된 누설 감지센서로부터 경보신호가 입력되면 경보신호를 발생하는 제어부; 상기 본체에 내장되어 상기 제어부로부터 발생되는 경보신호를 사물인터넷에 의해 원격지로 전송함과 동시에 주변에 근접하여 설치된 누설 감지센서와 통신하여 경보신호를 전송하며, 상기 주변에 설치된 누설 감지센서로부터 경보신호가 입력되면, 상기 제어부로 제공하는 IoT 모듈;을 포함하여 구성된다.

Description

사물인터넷을 기반으로 하는 유해화학용액 누설 감지센서{Harmful chemical solution leakage sensor with IoT}

본 발명은 누설 감지센서에 관한 것으로, 특히 누설 감지센서가 사물인터넷(IoT : Internet of Things)을 기반으로 하여 원격지로 유해화학용액의 누설 정보를 전송하도록 함은 물론 주변에 근접하여 설치된 누설 감지센서와의 통신에 의해 함께 경보가 발생될 수 있도록 한 사물인터넷을 기반으로 하는 유해화학용액 누설 감지센서에 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 단순히 도전성의 액체가 감지되면, 그 감지된 신호를 유선을 통해 제어반으로 전송하는 수동적인 기능만을 가지고 있게 된다.

즉, 단순 누설 감지 신호를 통보하는 구조만 가지고 있으므로, 유해화학용액이 누설된 현장에서의 적극적이고 능동적인 경보가 발생될 수 있도록 하는 장치가 요구된다.

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

즉, 옥외에 설치된 경우에 유해화학용액인 산 용액 또는 알칼리 용액만을 감지하여야 하지만, 비 또는 눈이 오는 경우에도 이를 감지하게 되므로 유해화학용액의 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, 유해화학물질의 누설이 감지되면, 주변에 설치된 유해화학용액 감지센서와 사물인터넷에 의해 통신하여 누설현장에서 함께 경보가 발생할 수 있도록 하여 더욱 적극적이고 능동적인 경보 발생이 이루어질 수 있도록 한 사물인터넷을 기반으로 하는 유해화학용액 누설 감지센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 사물인터넷을 기반으로 하는 유해화학용액 누설 감지센서는,

유해화학물질의 누설을 감지하는 센싱부;

상기 센싱부와 일체로 형성된 본체에 내장되며, 상기 센싱부로부터 감지된 센싱신호에 의해 경보신호를 발생함과 아울러 주변에 설치된 누설 감지센서로부터 경보신호가 입력되면 경보신호를 발생하는 제어부;

상기 본체에 내장되어 상기 제어부로부터 발생되는 경보신호를 사물인터넷에 의해 원격지로 전송함과 동시에 주변에 근접하여 설치된 누설 감지센서와 통신하여 경보신호를 전송하며, 상기 주변에 설치된 누설 감지센서로부터 경보신호가 입력되면, 상기 제어부로 제공하는 IoT 모듈;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센싱부는

경질의 판재로 된 베이스부;

상기 베이스부의 일측에 구비된 발광부;

상기 베이스부에서 상기 발광부와 마주보도록 타측에 설치되어 발광부로부터 발광된 광을 수광하여 전기적 강도로 변환하는 수광부;로 구성되어,

누설된 물 또는 유해화학 용액이 상기 베이스부의 상부면에서 상기 발광부와 수광부 사이에 위치하는 경우에 굴절율에 의해 상기 수광부로 수광되는 광의 밝기가 달라지며,

상기 제어부는 상기 수광부로부터 입력되는 전기적 강도와 미리 설정된 값을 비교하여 그에 따른 경보신호를 출력하도록 구성된다.

본 발명에 따른 사물인터넷을 기반으로 하는 유해화학용액 누설 감지센서는, 어느 하나의 누설 감지센서로부터 유해화학용액의 누설이 감지되면, 원격지로 사물인터넷을 통해 이를 통보함은 물론 주변에 설치된 누설 감지센서와도 사물인터넷에 의해 통신하여 함께 경보신호가 발생토록 함으로써 현장에 출동한 관리자와 주변 사람들에게 경각심을 크게 갖도록 하여 좀 더 적극적이고 능동적으로 조치가 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한, 누설되는 유해화학용액을 물과는 구별하여 감지함으로써 물에 의한 불필요한 경보가 발생하지 않게 되어 신뢰성을 높이는 장점이 있다.

도1은 종래의 누액 감지 센서의 구조를 보인 도.
도2는 본 발명에 의한 사물인터넷을 기반으로 하는 유해화학용액 누설 감지센서의 설치 상태를 예를 들어 보인 도.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 누설 감지센서의 구조를 보인 도.
도4는 도3의 회로 블럭도 및 인터넷을 통해 관리서버 및 스마트폰과 통신하는 구조를 보인 도.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 누설 감지센서의 구조를 보인 도.
도6은 도5의 회로 블럭도.

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 사물인터넷을 기반으로 하는 유해화학용액 누설 감지센서의 설치 상태를 예를 들어 보인 도이고, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 누설 감지센서의 구조를 보인 도이며, 도4는 도3의 회로 블럭도 및 인터넷을 통해 관리서버 및 스마트폰과 통신하는 구조를 보인 도이다.

도2에서와 같이 본 발명의 유해화학용액 누설 감지센서(200)는 유해화학용액 저장 탱크(100)의 주변 둘레에서 일정 간격으로 복수개가 설치되며, 각 누설 감지센서(200)는 원격지는 물론 주변에 설치된 누설 감지센서들과 사물인터넷(IoT : Internet of Things)에 의해 통신하게 된다.

예를 들어 유해화학용액 저장 탱크(100)로부터 화학용액의 누설이 발생한 경우에 첫번째 누설감지센서(#1)(200)가 이를 감지하게 되면, 도4에서와 같이 인터넷(300)을 통하여 원격지의 관리서버(400) 및 스마트폰(500)과 통신하여 누설 감지에 따른 경보신호를 전송함은 물론, 주변에 근접하여 설치된 누설 감지센서(#2,#8)와도 사물인터넷에 의해 통신하여 경보신호를 전송하게 된다.

물론, 각 누설감지센서(200)에는 경보신호를 전송하기 위한 주변 누설감지센서의 정보(예를 들면 ID 등)가 미리 설정되어 있게 된다.

다섯번째 누설감지센서(#5)에서 누설이 감지된 경우에 이웃하는 네번째 누설감지센서(#4)와 여섯번째 누설감지센서(#6)와도 사물인터넷에 의해 통신하여 경보신호를 전송하는 것이다.

따라서, 어느 하나의 누설 감지센서(200)가 경보신호를 발생하면, 바로 이웃하는 누설 감지센서도 경보신호를 발생하게 되므로, 유해화학용액 저장 탱크(100)로부터 어느 한 부분으로만 누설이 발생하여도 주변 누설 감지센서까지 동시에 경보신호를 발생함으로써 관리자는 누설에 따른 경각심을 크게 가지고 빠른 조치가 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 이러한 주변의 근접한 누설 감지센서까지 경보신호가 발생되는 경우에 설령 주변의 누설 감지센서가 누설을 감지하지 않았더라도 시간이 경과하면, 누설된 유해화학용액이 주변까지 확산될 우려가 매우 크므로 그 경보신호에 의해 관리자는 미연에 조치가 가능한 것이다.

즉, 주변의 누설 감지센서에 실질적인 누설이 감지되지 않았다 하더라도 누설 전 단계의 가상 경보신호를 발생함으로써 좀 더 적극적이고 능동적인 대처가 가능한 것이다.

도3은 본 발명의 누설 감지센서(200)의 외관 형태를 보인 도로서, 본체(230)의 일측으로부터 외측으로 연장되어 일체로 형성된 경질의 판 형태의 베이스부(201)의 상부면에는 베이스 필름(202)이 부착되어 있다.

이러한 누설 감지센서(200)는 그 하부면에 양면 테이프가 부착되어 바닥에 부착하거나 또는 다양한 고정수단에 의해 바닥에 고정될 수 있다.

상기 베이스 필름(202)의 상부면에는 센싱부(210)가 형성되어 있는데, 이러한 센싱부(210)는 한 쌍의 도전라인(211,212)이 형성된 구조를 갖는다.

상기 도전라인(211,212)은 물 또는 누설되는 산성 용액, 알칼리 용액 등의 유해화학용액을 검출하기 위하여 일정한 간격을 두고 나란히 형성되는 구조이며, 이러한 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 금속성의 재질로 도전라인(211,212)이 형성되어야 하며, 도금 또는 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다.

상기 도전라인(211,212)에 정전용량 발생을 위한 전원이 인가되는 경우에 두 도전라인(211,212)에 걸쳐서 커패시턴스가 형성된다.

따라서, 물 또는 산 용액 또는 알칼리 용액이 제1도전라인(211)과 제2도전라인(212)에 걸쳐서 접촉하게 되면, 그 도전라인(211,212) 사이에서 발생하는 커패시턴스 즉, 정전용량을 본체(230)의 내부에 내장된 제어부(234)에 계산하여 용액의 종류를 구별하게 된다.

상기 본체(230)에는 도4에서와 같이 배터리(233), 제어부(234), 부저(235), IoT모듈(236), 메모리(237)가 내장되며, 상부면에는 집광판(231)과 아울러 LED(232)가 구비되어 있다.

집광판(231)은 광을 전기적 신호로 변환하여 배터리(233)를 충전하는 것이며, 상기 배터리(233)에는 충전회로가 내장됨으로써 집광판(231)에 의해 생성된 전원을 충전하여 본 발명의 누설 감지센서(200)가 동작하는 전원으로 사용하게 된다.

이러한 본체(230)와 베이스부(201), 그리고, 베이스 필름(202)은 모두 산 또는 알칼리에 강한 테프론 등으로 형성되는 것이 바람직하다.

부저(235)는 제어부(234)로부터 경보신호를 인가받아 청각적인 경보음을 발생하는 것이고, LED(232)는 시각적인 경광을 발생하게 된다.

IoT모듈(236)은 원격지의 관리서버(400)와 스마트폰(500)과 사물인터넷으로 통신함은 물론, 근접하여 설치된 다른 누설 감지센서와 사물인터넷으로 통신하게 된다.

제어부(234)는 상기 센싱부(210)로부터 누설이 감지되면, 부저(235)와 LED(232)를 구동하여 경보신호를 발생함과 동시에 IoT모듈(236)로 그 경보신호를 출력하게 된다.

이에 따라 IoT모듈(236)은 인터넷(300)을 통해 원격지의 관리서버(400)와 스마트폰(500)으로 경보신호를 자신의 ID와 함께 전송함으로써 관리자가 누설 상태를 즉각 알 수 있도록 하여 빠른 조치가 이루어지도록 하다.

아울러, 상기 IoT모듈(236)은 이미 설정된 이웃하는 누설 감지센서로 경보신호를 전송함으로써 근접한 누설 감지센서와 함께 경보신호가 발생하도록 하는 것이다.

물론, 이웃하는 누설 감지센서로부터 경보신호가 IoT모듈(236)을 통해 입력되는 경우에도 제어부(234)는 부저(235)와 LED(232)를 구동하여 경보신호를 발생하게 된다.

원격지의 관리서버(400)는 이러한 누설 감지센서들로부터 발생되는 로그 데이터를 저장하게 되고, 스마트폰(500)은 관리자가 소지하여 즉각 경보신호를 수신할 수 있게 되는 것이다.

한편, 제어부(234)는 도전라인(211,212) 사이에 형성된 커패시턴스에 따라 정전용량값을 계산하게 되는데, 각 용액은 고유의 유전율을 가지고 있으므로, 이러한 유전율에 의해 정전용량값의 크기를 확인할 수 있다.

따라서, 센싱부(210)에 비 또는 눈에 의한 물, 또는 누설되는 화학용액이 접촉하게 되면, 센싱부(210)는 커패시터로 동작하여 유전율에 따른 커패시턴스 즉 정전용량이 발생된다.

각 용액의 정전용량값은 모두 다르게 되므로, 이러한 정전용량값에 의해 제어부(234)는 용액의 종류를 판별할 수 있는데, 이때 메모리(237)에는 감지할 각 용액의 정전용량값에 대한 데이터가 저장되어 있으므로, 제어부(234)는 메모리(237)에 저장된 정전용량값과 도전라인(211,212)에 의해 감지된 정전용량값을 서로 비교하여 용액의 종류를 판별할 수 있는 것이다.

따라서, 제어부(234)는 물이라고 판별되면, 경보신호를 발생하지 않고, 유해화학용액인 경우에만 경보신호를 발생하게 되는 것이다.

또 다르게는 두 도전라인(211,212)에 걸쳐서 누설된 용액이 위치하게 되면, 그 용액의 전기 전도도에 따라 제어부(234)는 물과 유해화학용액을 판별하게 되는데, 물과 각 화학용액은 그 전기 전도도가 다르므로, 이를 감지하게 되고, 메모리(237)에 저장된 각 용액의 전도도값과 비교하여 용액의 종류를 판별한 다음 경보발생 여부를 결정하게 되는 것이다.

도5는 본 발명의 다른 실시예를 보인 도이고, 도6은 도5의 회로 블럭도로서, 이는 광의 굴절률에 의해 물과 누설된 용액을 구별하여 센싱하는 구조이다.

본체(230)와 일체로 연결된 베이스부(201)의 끝단은 상향으로 절곡되고, 그 절곡된 부위에 수광부(242)가 설치되며, 본체(230)에는 발광부(241)가 수광부(242)와 마주보도록 설치되어 있다.

이때, 도5(a)에서와 같이 발광부(241)로부터 발광된 광이 베이스부(201)의 중앙부위를 반사하여 수광부(242)로 수광되도록 구성됨이 바람직하다.

또한, 메모리(237)에는 베이스부(201)로부터 반사되어 수광부(242)로 입사되는 광의 세기에 대한 데이터와, 이를 포함하여 기준이 되는 광의 세기에 대한 데이터가 저장되어 있다.

즉, 물을 감지하지 않기 위하여 물에 의한 굴절에 따른 광의 세기에 대한 데이터와 물이 없는 상태에서의 반사된 광의 세기에 대한 데이터의 범위가 기준값으로 저장되어 있다.

만약, 도5(b)에서와 같이 물이 베이스부(201)의 상부면에 위치하게 되면, 그 굴절율은 화학용액 즉 산 및 알칼리 용액의 굴절율보다 크지 않으므로 약간의 손실만 있을 뿐 광의 세기가 크게 변화되지 않고 수광부(242)로 수신될 것이다.

이는 곧 메모리(237)에 저장된 기준값의 범위에 들 것이므로, 제어부(234)는 기준값과 비교하여 물이라고 판단할 수 있게 되고, 이때는 경보신호를 발생하지 않게 된다.

그러나 도5(c)와 같이 산 또는 알칼리 용액이 누설되어 베이스부(201)의 상부면에 위치하게 된다면, 그 굴절율에 의해 수광부(242)로 입사되는 광의 세기가 크게 변화될 것이다.

이는 곧 메모리(237)에 저장된 기준값의 범위를 벗어나게 되므로, 제어부(234)는 유해화학용액으로 판별하여 경보신호를 발생하는 것이다.

이외의 동작은 본 발명의 일 실시예와 동일하므로, 반복하여 설명하지는 않는다.

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.

100 : 유해화학용액 저장 탱크
200 : 누설 감지센서
201 : 베이스부 202 : 베이스 필름
210 : 센싱부 211,212 : 도전라인
230 : 본체 231 : 집광판
232 : LED 233 : 배터리
234 : 제어부 235 : 부저
236 : IoT모듈 237 : 메모리
240 : 센싱부 241 : 발광부
242 : 수광부

Claims (1)

1. 유해화학용액 저장 탱크의 주변 둘레를 따라서 일정간격으로 복수개가 설치되는 유해화학용액 누설 감지센서에 있어서,
   상기 유해화학용액 누설 감지센서는
   상기 유해화학용약 저장탱크로부터 유해화학물질의 누설을 감지하는 센싱부;
   상기 센싱부와 일체로 형성된 본체에 내장되며, 상기 센싱부로부터 감지된 센싱신호에 의해 경보신호를 발생함과 아울러 이웃하는 유해화학용액 누설 감지센서로부터 경보신호가 입력되면 경보신호를 발생하는 제어부;
   상기 본체에 내장되어 상기 제어부로부터 발생되는 경보신호를 사물인터넷에 의해 원격지로 전송함과 동시에 미리 설정된 ID에 의해 이웃하는 유해화학물질 누설 감지센서와 통신하여 경보신호를 전송하며, 상기 이웃하는 유해화학용액 누설 감지센서로부터 경보신호가 입력되면, 상기 제어부로 제공하는 IoT 모듈;을 포함하여 구성되고,
   상기 센싱부는
   경질의 판재로 된 베이스부;
   상기 베이스부의 상부면에 부착되며, 내식성 및 내화학성을 갖는 재질로 된 베이스 필름;
   상기 베이스 필름의 상부면에서 서로 간격을 두고 한 쌍으로 형성되어 정전용량을 형성하는 도전라인;으로 구성되고,
   상기 본체에는
   다수의 용액에 대한 정전용량값이 저장된 메모리;
   광을 전기적 신호로 변환하는 집광판;
   상기 집광판으로부터 변환된 전기적 신호를 충전하는 배터리;
   상기 제어부로부터 경보신호를 인가받아 청각적인 경보음을 발생하는 부저;
   상기 제어부로부터 경보신호를 인가받아 시각적인 경보를 발생하는 LED;를 포함하며,
   상기 제어부는 도전라인에 형성된 정전용량과 상기 메모리에 저장된 정전용량값을 비교하여 물과 유해화학용액의 종류를 판별하며, 그에 따른 경보신호를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 사물인터넷을 기반으로 하는 유해화학용액 누설 감지센서.

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