KR20200086051A - 정화통 잔여수명 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 예에 따른 정화통 내에 제공되어 오염된 공기를 화학적으로 여과하는 여과 물질의 잔여 수명을 측정하여 정화통의 잔여수명을 측정하는 정화통 잔여수명 측정방법은 상기 여과 물질의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 단계와; 측정된 임피던스 값으로부터 도출한 캐패시턴스 값 및 상기 임피던스 값에 따라 상기 여과 물질의 잔여 수명을 산출하는 잔여 수명 계측 단계를 포함할 수 있다.

Description

정화통 잔여수명 측정 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATING RESIDUAL LIFE OF CANISTER}

본 발명은 정화통의 잔여 수명을 측정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

유해 가스가 존재하는 공간에서 작업하는 작업자의 호흡기에 건강장해를 주는 유해물질은 거의 대부분이 화학적인 인자로서 가스상 물질의 경우 방독 마스크 등의 정화통이 부착된 호흡보호구를 착용해야 한다. 호흡보호구의 경우 사용한도시간을 갖고 있는데, 사용한도시간이 지난 보호구를 계속 사용할 때는 보호효과가 계속해서 떨어져 결국에는 아무런 보호효과 없이 작업자에게 치명적인 건강장해를 일으킬 수 있으므로 사용한도시간에 이르기 전에 보호구를 주기적으로 교체해 주어야 한다.

그럼에도 불구하고 현장에서 보호구의 사용한도시간 파악은 거의 불가능한 실정이다. 사용한도시간을 추정하기 위한 모델이 여러 선행연구에 의해 개발되어 유해물질 농도 등에 대한 자료를 입력하면 보호구의 사용시간이 계산되어 활용할 수 있는 소프트웨어로 보급되고 있기는 하나. 원론적으로 보호구의 사용한도시간은 유해물질의 농도뿐만 아니라 기타 요인들과 복잡한 상호작용에 의해서 결정되며 가변적이기 때문에 사전에 사용한도시간을 정할 수 있는 정확한 방법은 현재까지 존재하지 않는다. 정화통의 교체시기 예측은 오염물질의 종류 및 농도, 기상상태 등을 대입하여 추정하는 방식의 간접적인 방법으로 주로 이루어지고 연구되어 왔으며, 파괴여부를 직접 감별하여 교체시기를 판단하는 방법은 거의 시도된 바 없다. 본 발명에서는 호흡보호구에 사용되는 정화통의 수명과 파괴여부를 파악하기 위해 센서를 이용해 활성탄의 임피던스 값을 측정하고 수명을 예측하고 감별한 정화통의 상태를 사용자에게 전달하는 시스템을 제공한다.

본 발명은 정화통의 잔여 수명을 측정할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 예에 따른 정화통 내에 제공되어 오염된 공기를 화학적으로 여과하는 여과 물질의 잔여 수명을 측정하여 정화통의 잔여수명을 측정하는 정화통 잔여수명 측정방법은 상기 여과 물질의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 단계와; 측정된 임피던스 값으로부터 도출한 캐패시턴스 값 및 상기 임피던스 값에 따라 상기 여과 물질의 잔여 수명을 산출하는 잔여 수명 계측 단계를 포함할 수 있다.

또한 상기 여과 물질은 활성탄을 포함하고, 상기 잔여 수명 계측 단계 이후에, 상기 잔여 수명 계측 단계에서 산출된 상기 잔여 수명을 출력하는 출력 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 임피던스 측정 단계 이전에, 가스 환경 조건에 따른 측정 임피던스 값을 수집하고 이를 통해 기계 학습하는 단계; 및 비용함수(cost function)를 최소화하는 파라미터값을 결정하여 개별 가스 종류 및 농도에 따른 임피던스 변화값을 설정하는 단계;를 포함하고, 상기 임피던스 측정 단계는, 상기 여과 물질의 임피던스를 측정하여 오염된 공기인 가스의 임피던스를 측정하고, 이를 통해 가스의 종류 및 농도 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 정화통 내에 제공되어 오염된 공기를 화학적으로 여과하는 여과 물질의 잔여 수명을 측정하는 시스템은 상기 여과 물질의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 부재와; 상기 임피던스 측정 부재에 의해 측정된 임피던스 값으로부터 커패시턴스 값을 도출하고, 상기 임피던스 값 및 상기 커패시턴스 값에 따라 상기 여과 물질의 잔여 수명을 산출하는 처리 장치를 포함할 수 있다.

상기 시스템은 상기 처리 장치에서 측정된 상기 잔여 수명을 출력하는 출력 장치를 더 포함하고, 상기 처리 장치 및 상기 출력 장치는 서로 블루투스 방식으로 정보를 송수신할 수 있다.

또한 상기 처리 장치는 블루이노(Blueinno)를 포함할 수 있다.

상기 임피던스 측정 부재는 커패시터 근접 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템 및 방법은 정화통의 잔여 수명을 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 간접적인 방법이 아니라, 센서를 통해 직접적으로 임피던스 값을 측정하여 정화통의 수명을 예측하고 사용자가 실시간으로 정화통에 대한 정보를 확인할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정화통 잔여수명 측정시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정화통 잔여수명 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 Novocontrol technology 사의 frequency analyzer에 활성탄소섬유가 연결된 모습을 나타낸 이미지이다.
도 4는 도 3의 frequency analyzer에 의해 측정된 활성탄소섬유의 임피던스 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4의 측정 결과를 임피던스 값 및 커패시턴스 값으로 나타낸 표이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

본 발명의 정화통 잔여수명 측정시스템 및 정화통 잔여수명 측정방법은 여과 물질의 잔여 수명을 측정한다. 여과 물질은 방독면 등의 호흡보호구의 정화통 내에 제공되어 오염된 공기를 화학적으로 여과하는 물질이다. 예를 들면, 여과 물질은 활성탄으로 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정화통 잔여수명 측정시스템(10)을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 정화통 잔여수명 측정시스템(10)은 임피던스 측정 부재(100), 처리 장치(200) 및 출력 장치(300)를 포함한다.

임피던스 측정 부재(100)는 활성탄(또는 여과 물질)(20)의 임피던스를 측정한다. 일 실시 예에 따르면, 임피던스 측정 부재(100)는 커패시터 근접 센서로 제공될 수 있다. 커패시터 근접 센서는 물리적인 접촉없이 전자계의 힘을 이용하여 감지에 이용하는 자기 근접센서이다. 자기 근접센서의 원리는 검출 대상의 코일보다 고주파인 자계가 발생해 이 자계에 금속이 가까워지면 전자 유도에 의해 유도전류가 흐르게 되며, 이 전류에 의해 검출 코일의 임피던스 변화 및 발진이 정지하는 것으로 검출한다.

임피던스 측정 부재(100)에 의해 측정된 임피던스 값은 처리 장치(200)로 전달된다.

처리 장치(200)는 임피던스 측정 부재(100)에 의해 측정된 임피던스 값으로부터 커패시턴스 값을 도출한다. 또한, 처리 장치(200)는 임피던스 측정 부재(100)에 의해 측정된 임피던스 값 및 임피던스 측정 부재(100)에 의해 측정된 임피던스 값 및/또는 도출된 커패시턴스 값에 따라 정화통의 잔여 수명을 예측할 수 있다. 예컨대, 측정된 임피던스 값 및/또는 도출된 커패시턴스 값 측정값이 기존에 측정(ex. 오염 이전에 측정)된 것과 비교한 차이에 의하여 정화통의 잔여 수명을 예측할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 처리 장치(200)는 출력 장치(300)와 서로 블루투스(Bluetooth) 방식으로 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들면, 처리 장치(200)는 블루이노(Blueinno)로 제공될 수 있다. 블루이노는 아두이노와 블루투스를 결합한 것으로 소프트웨어 코딩에 적합하며, 사물인터넷, 웨어러블 디바이스 제작 등에 최적화된 오픈소스 하드웨어이다. 블루이노는 다수의 스위치나 센서로부터 값을 받아들여, LED나 모터와 같은 외부 전자 장치들을 통제함으로써 환경과 상호작용이 가능한 물건을 만들어 낼 수 있다. 블루이노는 임베디드 시스템 중의 하나로, 쉽게 개발할 수 있는 환경을 이용하여, 장치를 제어할 수 있다.

출력 장치(300)는 처리 장치(200)에서 측정된 잔여 수명을 출력한다. 일 실시 예에 따르면, 출력 장치(300)는 스마트 폰 또는 테블릿 피씨 등의 스마트 기기로 제공될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 정화통 잔여수명 측정 방법에 대해 도 1의 정화통 잔여수명 측정시스템(10)을 이용하여 설명한다. 이와 달리, 본 발명의 실시 에에 따른 정화통 잔여수명 측정 방법은 도 1의 정화통 잔여수명 측정시스템(10)과 상이한 장치에 의해 수행될 수 있다.

도 2(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정화통 잔여수명 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 1 및 도 2(a)를 참조하면, 정화통 잔여수명 측정방법은 임피던스 측정 단계(S10), 잔여 수명 계측 단계(S20) 및 출력 단계(S30)를 포함한다.

임피던스 측정 단계(S10)에서는 활성탄(20)의 임피던스를 측정한다. 일 실시 예에 따르면, 임피던스 측정 단계(S10)에서는 임피던스 측정 부재(100)에 의해 활성탄(20)의 임피던스가 측정될 수 있다.

잔여 수명 계측 단계(S20)에서는 임피던스 측정 단계(S10)에서 측정된 임피던스 값으로부터 도출한 커패시턴스 값 및 상기 임피던스 값에 따라 활성탄(20)의 잔여 수명을 산출한다. 일 실시 예에 따르면, 잔여 수명 계측 단계(S20)에서는 처리 장치(200)로서 제공된 블루이노에 의해 임피던스 측정 단계(S10)에서 측정된 임피던스 값으로부터 활성탄(20)의 커패시턴스 값을 도출한다. 이 후, 잔여 수명 계측 단계(S20)에서는 블루이노에 의해 활성탄(20)의 임피던스 값 및 도출된 커패시턴스 값에 따라 활성탄(20)의 잔여 수명을 산출한다. 활성탄(20)의 임피던스 값 및 커패시턴스 값과 잔여 수명 간의 상관 관계는 크기 변화 차이에 비례할 수 있다.

출력 단계(S30)에서는 잔여 수명 계측 단계에서 산출된 상기 잔여 수명을 사용자가 출력할 수 있도록 출력한다. 일 실시 예에 따르면, 출력 단계(S30)에서는 처리 장치(200)로부터 전달된 잔여 수명이 사용자의 스마트 폰 또는 테블릿 피씨로 출력될 수 있다.

도 2(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정화통 잔여수명 측정방법을 설명하기 위한 추가 흐름도이다. 도 2(b)를 참고하면, 가스 환경에 따른 측정 임피던스 값(실저항 및 커패스턴스)을 수집 및 가스 환경 실험 조건에 따른 센서 특성 학습용 데이터를 통해 기계 학습한다(S100).

이후, cost function(비용함수)을 최소화하는 파라미터값을 결정하여 개별 가스 종류 및 농도에 따른 임피던스 변화값 도출한다(S200). 이를 통해 개별 가스에 상응하는 임피던스 값 또는 기존값 대비 임피던스 값의 변화 값을 도출할 수 있다.

여기서 Cost function은 가스 센서의 개수, 가스 환경 실험 조건에 따른 센서 특성 학습용 데이터, 동시 탐지하고자 하는 가스 개수 및 특정 번째 실험 환경에서의 가스 압력을 이용해 임피던스 값의 변화로 설정될 수 있다.

S10에서와 같은 활성탄(20)의 임피던스 측정을 통해, 오염 물질인 가스의 임피던스 변화값을 측정하고 가스의 종류 및 농도 결정한다(S300).

활성탄소섬유(ACF)의 오염도와 임피던스 및 커패시턴스 값 간의 상관관계를 보여주는 실험을 실시하였다. 도 3은 임피던스 측정을 위한 Novocontrol technology 사의 frequency analyzer에 활성탄소섬유가 연결된 모습을 나타낸 이미지이다. 도 4는 도 3의 frequency analyzer에 의해 측정된 활성탄소섬유의 임피던스 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도 5는 도 4의 측정 결과를 임피던스 값 및 커패시턴스 값으로 나타낸 표이다. 도 3 내지 도 4를 참조하면, 임피던스 측정은 frequency analyzer에 활성탄소섬유가 연결되지 않은 상태(Non-contact), frequency analyzer에 오염되기 전의 활성탄소섬유가 연결된 상태(after-contact), 활성탄소섬유에 ortho-xylene 0.1mL를 투여하여 오염시킨 직후, 그 5분 후 및 그 10분 후의 임피던스를 각각 측정하였다. 측정결과 오염되고, 오염된 후의 시간이 경과될 수록 도 4 및 도 5과 같이 활성탄소섬유의 임피던스 값과 캐패시턴스 값이 증가한 것이 확인되었으며, 상술한 바와 같이, 오염도가 커질수록 더 큰 값으로 증가되는 것을 통해 정화통의 임피던스 및 커패시턴스를 측정하여 수명을 예측할 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10: 정화통 잔여수명 측정 시스템
20: 활성탄(여과 물질)
100: 임피던스 측정 부재
200: 처리 장치
300: 출력 장치

Claims (7)

1. 정화통 내에 제공되어 오염된 공기를 화학적으로 여과하는 여과 물질의 잔여 수명을 측정하여 정화통의 잔여수명을 측정하는 정화통 잔여수명 측정방법에 있어서,
   상기 여과 물질의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 단계와;
   측정된 임피던스 값으로부터 도출한 캐패시턴스 값 및 상기 임피던스 값에 따라 상기 여과 물질의 잔여 수명을 산출하는 잔여 수명 계측 단계를 포함하는 정화통 잔여수명 측정방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 여과 물질은 활성탄을 포함하고,
   상기 잔여 수명 계측 단계 이후에,
   상기 잔여 수명 계측 단계에서 산출된 상기 잔여 수명을 출력하는 출력 단계를 더 포함하는 정화통 잔여수명 측정방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 임피던스 측정 단계 이전에,
   가스 환경 조건에 따른 측정 임피던스 값을 수집하고 이를 통해 기계 학습하는 단계; 및
   비용함수(cost function)를 최소화하는 파라미터값을 결정하여 개별 가스 종류 및 농도에 따른 임피던스 변화값을 설정하는 단계;를 포함하고,
   상기 임피던스 측정 단계는,
   상기 여과 물질의 임피던스를 측정하여 오염된 공기인 가스의 임피던스를 측정하고, 이를 통해 가스의 종류 및 농도 결정하는 단계를 포함하는 정화통 잔여수명 측정방법.
4. 정화통 내에 제공되어 오염된 공기를 화학적으로 여과하는 여과 물질의 잔여 수명을 측정하는 시스템에 있어서,
   상기 여과 물질의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정 부재와;
   상기 임피던스 측정 부재에 의해 측정된 임피던스 값으로부터 커패시턴스 값을 도출하고, 상기 임피던스 값 및 상기 커패시턴스 값에 따라 상기 여과 물질의 잔여 수명을 산출하는 처리 장치를 포함하는 정화통 잔여수명 측정시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 시스템은 상기 처리 장치에서 측정된 상기 잔여 수명을 출력하는 출력 장치를 더 포함하고,
   상기 처리 장치 및 상기 출력 장치는 서로 블루투스 방식으로 정보를 송수신하는 정화통 잔여수명 측정 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 처리 장치는 블루이노(Blueinno)를 포함하는 정화통 잔여수명 측정 시스템.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 임피던스 측정 부재는 커패시터 근접 센서를 포함하는 정화통 잔여수명 측정 시스템.
   

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