KR20220089425A - 글래스 일체형 가스센서를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템 및 이를 이용한 유독가스의 모니터링 방법 - Google Patents

글래스 일체형 가스센서를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템 및 이를 이용한 유독가스의 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유독가스의 농도를 실시간 감지할 수 있는, 글래스 일체형 가스센서를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템 및 이를 이용한 모니터링 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 유독가스의 모니터링 시스템은 유독가스를 감지하는 유독가스 감지부; 무선 통신을 이용하여, 상기 감지된 유독가스의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 서버로 전송하는 계측기; 및 상기 전송된 정보를 모니터링하여 유독가스의 농도를 분석하는 서버;를 포함하며, 상기 유독가스 감지부는 글래스 일체형 가스센서를 포함하고, 상기 글래스 일체형 가스센서는 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 형광 또는 변색 물질을 포함하는 글래스; 및 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하는 귀금속 촉매 나노입자;를 포함한다.

Description

글래스 일체형 가스센서를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템 및 이를 이용한 유독가스의 모니터링 방법{TOXIC GAS MONITORING SYSTEM INCLUDING GLASS-INTEGRATED GAS SENSOR, AND TOXIC GAS MONITORING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 글래스 일체형 가스센서를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템 및 이를 이용한 유독가스의 모니터링 방법에 관한 것이다.
화학 공장이나 소각처리장, 다양한 제조 시설 등의 전반적인 산업 현장에서 배출되는 배출가스는 인체에 심각한 영향을 줄 뿐만 아니라, 산성비, 스모그, 식물 고사와 같은 환경 오염과 더불어 국가 이미지에 심각한 악영향을 미치고 있다.
이러한 이유로 국내뿐 아니라, 전 세계적으로 굴뚝 배출가스 중 유해물질 종류를 규정하고, 물질 별 배출 허용 농도를 법으로 규제하고 관리하고 있다.
굴뚝 배출가스에 대한 관리와 규제를 위해서는 오염물질의 농도를 측정할 수 있는 측정 시스템이 필수적이다.
유독가스를 감지하는 가스감지 센서로 전기화학식 가스센서가 주로 이용되고 있다.
전기화학식 가스센서는 응답성, 감지감도, 감지가스의 선택성, 재연성 등이 우수하여 유독가스 감지용 가스센서로 가장 많이 사용되고 있다.
하지만, 전기화학식 가스센서는 고온 동작이 필요하고, 습도 등 외부의 환경에 민감하여 사용이 제한적이다.
또한 플라스틱 PCB 기판에 가스센서를 집적함으로써, 부피가 큰 박스형태의 감지소자이기 때문에, 건물 내벽 등에 별도의 설치장소가 필요한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 유독가스의 농도를 실시간 감지할 수 있는 모니터링 시스템 및 이를 이용한 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 상기 모니터링 시스템이 휴대용 전자기기에 연결됨에 따라, 관찰자가 유독가스의 정보를 실시간으로 확인할 수 있어 편의성이 향상된 모니터링 시스템 및 이를 이용한 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 유독가스의 모니터링 시스템은 유독가스를 감지하는 유독가스 감지부; 무선 통신을 이용하여, 상기 감지된 유독가스의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 서버로 전송하는 계측기; 및 상기 전송된 정보를 모니터링하여 유독가스의 농도를 분석하는 서버;를 포함하며, 상기 유독가스 감지부는 글래스 일체형 가스센서를 포함하고, 상기 글래스 일체형 가스센서는 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 형광 또는 변색 물질을 포함하는 글래스; 및 상기 글래스 상에 배치되고, 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하는 귀금속 촉매 나노입자;를 포함한다.
상기 글래스는 글래스 100중량부에 대하여, 형광 또는 변색 물질 1~90중량부를 포함할 수 있다.
상기 글래스 100중량부에 대하여, IGZO 1~30중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 글래스는 규산염 유리, 알루미늄 규산염 유리, 알루미늄 붕규산염 유리, 알루민산염 유리, 나트륨 칼슘 유리 및 석영 유리 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 글래스는 시트 형태일 수 있다.
상기 형광 또는 변색 물질은 Tb4+, Ce4+ 및 Eu3+ 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 글래스 일체형 가스센서는 상기 글래스에 포함되는 IGZO 100중량% 중 70중량% 이상이 글래스의 두께방향으로 상부 50% 이내에 위치할 수 있다.
상기 무선 통신은 와이파이(Wi-fi), 블루투스(Bluetooth), 코드분할 다원접속(CDMA), 울트라와이드밴드(UWB) 및 지그비(Zigbee) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 계측기는 상기 유독가스 감지부와 무선 통신하는 제1통신부, 및 상기 서버와 무선 통신하는 제2통신부를 포함할 수 있다.
상기 제1통신부는 2~3GHz의 안테나를 포함할 수 있다.
상기 제2통신부는 CDMA 안테나 또는 WLAN 안테나를 포함할 수 있다.
상기 서버는 표준 농도를 기준으로, 분석된 유독가스의 농도가 높으면 알람을 발생시키는 알람부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유독가스의 모니터링 방법은 (a) 유독가스 감지부에서 유독가스를 감지하는 단계; (b) 무선 통신을 이용하여, 계측기에서 상기 감지된 유독가스의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 서버로 전송하는 단계; 및 (c) 서버에서 상기 전송된 정보를 모니터링하여 유독가스의 농도를 분석하는 단계;를 포함하며, 상기 유독가스 감지부는 글래스 일체형 가스센서를 포함하고, 상기 글래스 일체형 가스센서는 기판; 상기 기판 상에 배치되고 형광 또는 변색 물질을 포함하는 글래스; 및 상기 글래스 상에 배치되고, 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하는 귀금속 촉매 나노입자;를 포함한다.
상기 유독가스 감지부가 일정 간격으로 복수개로 배치될 때, 상기 유독가스 감지부의 위치를 통해 유독가스의 확산 방향을 감지할 수 있다.
상기 글래스 일체형 가스센서는 글래스 100중량부에 대하여, 형광 또는 변색 물질 1~90중량부를 포함하는 글래스를 이용하여 유독가스를 감지할 수 있다.
상기 글래스 100중량부에 대하여, IGZO 1~30중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 글래스는 규산염 유리, 알루미늄 규산염 유리, 알루미늄 붕규산염 유리, 알루민산염 유리, 나트륨 칼슘 유리 및 석영 유리 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 형광 또는 변색 물질은 Tb4+, Ce4+ 및 Eu3+ 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 글래스 일체형 가스센서는 IGZO 100중량% 중 70중량% 이상이 글래스의 두께방향으로 상부 50% 이내에 위치하는 글래스를 이용하여 유독가스를 감지할 수 있다.
상기 (b) 단계에서, 와이파이(Wi-fi), 블루투스(Bluetooth), 코드분할 다원접속(CDMA), 울트라와이드밴드(UWB) 및 지그비(Zigbee) 중 어느 하나를 포함하는 무선 통신을 이용할 수 있다.
제1통신부를 이용하여, 상기 계측기는 유독가스 감지부와 무선 통신하고, 제2통신부를 이용하여, 상기 계측기는 서버와 무선 통신할 수 있다.
상기 제1통신부는 2~3GHz의 안테나를 포함할 수 있다.
상기 제2통신부는 CDMA 안테나 또는 WLAN 안테나를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계에서, 표준 농도를 기준으로, 분석된 유독가스의 농도가 높으면 상기 서버에 포함된 알람부에서 알람을 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따른 모니터링 시스템 및 이를 이용한 모니터링 방법은 유독가스의 농도를 실시간 감지할 수 있다.
또한 상온에서 수소 가스의 검출 민감도가 우수한 효과가 있다.
또한 모니터링 시스템이 휴대용 전자기기에 연결됨에 따라, 관찰자가 유독가스의 정보를 실시간으로 확인할 수 있어 편의성을 향상시키는 효과가 있다.
또한 산업단지 주변에 설치된 복수개의 유독가스 감지부의 위치마다 유독가스의 농도를 확인하고, 유독가스 감지부의 위치정보를 통해 유독가스의 확산 방향을 감지할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 유독가스의 모니터링 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 글래스 일체형 가스센서의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 글래스 일체형 가스센서의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 IGZO 100중량% 중 70중량% 이상이 글래스의 두께방향으로 상부 50% 이내에 위치하는 글래스 일체형 가스센서의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 IGZO 100중량% 중 70중량% 이상이 글래스의 두께방향으로 상부 50% 이내에 위치하는 글래스 일체형 가스센서의 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 유독가스의 모니터링 방법을 나타낸 순서도이다.
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. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 글래스 일체형 가스센서를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템 및 이를 이용한 유독가스의 모니터링 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 유독가스의 모니터링 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 유독가스의 모니터링 시스템은 유독가스 감지부, 계측기 및 서버를 포함한다.
유독가스 감지부는 공장, 발전소 등의 산업시설 환경에서 발생하는 유독가스를 감지한다.
계측기는 무선 통신을 이용하여, 상기 감지된 유독가스의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 서버로 전송한다.
서버는 상기 전송된 정보를 모니터링하여 유독가스의 농도를 분석한다.
본 발명에서 유독가스는 염기성 가스, 산성 가스, 유기성 가스 등을 포함한다.
염기성 가스는 암모니아 가스(NH3), 아민류, NMP 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
산성 가스는 HF, HCl, HBr, HNO3, H3PO4, H2SO4, CH3COOH, HCOOH, 유기산들 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
유기성 가스는 휘발성 유기 화합물, 비휘발성 유기 화합물, DOP, DBP, BHT, TEP, HMDS, Siloxane류, Silanol류 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 글래스 일체형 가스센서의 단면도이고, 도 3은 도 2의 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 유독가스 감지부는 글래스 일체형 가스센서를 포함한다.
상기 글래스 일체형 가스센서는 기판(10), 상기 기판 상에 배치되고 형광 또는 변색 물질(30)을 포함하는 글래스(20) 및 상기 글래스 상에 배치되고 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하는 귀금속 촉매 나노입자(40)를 포함한다.
기판(10)은 폴리이미드 재질의 플렉서블 기판에서부터 유리 기판까지 다양한 재질이 포함될 수 있다.
바람직하게, 기판(10)은 글래스를 견고하게 고정시키는 구조일 필요가 있으며, 기판과 글래스를 일체화하는 것이 바람직하다. 유리기판을 사용하는 경우, 창문유리에 글래스를 일체화하여 형성할 수 있다.
글래스(20)는 가스 감응층으로, 시트 형태일 수 있다. 시트 형태의 글래스는 규산염 유리 등의 글래스 재질과 형광 또는 변색 물질을 휘발성 용매와 섞은 후, 슬러리 형태로 만든 후 건조시켜 형성할 수 있다.
글래스(20)는 규산염 유리, 알루미늄 규산염 유리, 알루미늄 붕규산염 유리, 알루민산염 유리, 나트륨 칼슘 유리 및 석영 유리 중 1종 이상의 재질을 포함할 수 있다.
이러한 재질로 형성된 글래스는 기계적 강도, 내구성 및 투명성을 향상시킬 수 있다.
형광 또는 변색 물질(30)은, 유독가스와의 반응에 의해 발광이온의 전자가 변화됨에 따라 발광특성이 변화될 수 있다.
산소가 결핍된 일산화탄소(CO)가 형광 또는 변색 물질에 접촉하면 형광 또는 변색 물질의 산소를 흡수하여 이산화탄소(CO2)로 산화될 수 있다. 이에 의해 형광 또는 변색 물질에 함유된 발광이온인 Tb4+는 Tb3+로 환원될 수 있다.
상기 유독가스와의 반응에 의해 형광 또는 변색 물질에 함유된 발광이온의 전자가 변함에 따라 발광특성이 변할 수 있다.
그리고 이러한 발광특성의 변화에 의해 유독가스의 접촉여부를 감지할 수 있다.
형광 또는 변색 물질(30)은 Tb4+, Ce4+ 및 Eu3+ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Tb4+의 경우 유독가스와의 반응에 의해 Tb4+에서 Tb3+으로 환원됨에 따라 녹색발광을 나타낼 수 있다. Tb3+의 농도 증가에 따른 발광효율 증가로 유독가스 누출 정도를 확인할 수 있다.
Ce4+의 경우, 유독가스와의 반응에 의해 Ce4+에서 Ce3+으로 환원됨에 따라 발광특성이 모결정의 발광특성과 다르게 나타날 수 있다. 산소결핍농도에 따라 환원되는 양이 달라지므로 이에 따라 발광색이 변화될 수 있다.
Eu3+의 경우, 유독가스와의 반응에 의해 Eu3+에서 Eu2+으로 환원될 수 있다. 환원반응에 의한 모체결정의 산소결핍에 따른 발광색의 변화 정도로 유독가스의 농도를 감지할 수 있다.
형광 또는 변색 물질(30)은 Tb-Ce, Tb-Eu, Ce-Eu와 같이 두 가지 이상의 발광이온을 포함할 수 있다. 두 가지 이상의 발광이온을 포함한 물질을 사용할 경우 환원성의 차이에 따른 농도 변화에 의해서 발광색이 변하게 된다.
이러한 발광색, 변색의 변화를 감지함으로써, 유독가스의 농도를 감지할 수 있다.
형광 또는 변색 물질이 유독가스와의 반응에 의해 모체결정의 구조적 변화가 진행되고 이에 따라 발광색이 소실될 수 있으며, 이 변환 정도로 유독가스의 농도를 감지할 수도 있다.
형광 또는 변색 물질(30)은 분말의 크기가 10 nm ~ 1000 nm 일 수 있다.
형광 또는 변색 물질(30)의 크기를 나노 사이즈로 형성하면, 입자 크기가 균일하고 구형의 형상인 나노 형광체 또는 나노 변색체의 특성에 의해 발광효율을 향상시킬 수 있다.
이처럼 나노 사이즈의 형광체, 변색체 분말을 형성하는 공정은 고상 반응법, 공침법 등 기 공지된 다양한 방법으로 구현할 수 있다.
한편, 수소(H2)는 석유 정제 산업, 연료 전지 등의 다양한 분야에서 사용되는 재생 에너지 자원 중의 하나이다. 수소는 4 ~ 75%의 농도 범위에서 공기와 결합할 때 발화 또는 폭발의 위험이 있기 때문에, 안전을 위한 수소 검출의 중요성은 매우 크다. 또한, 수소는 무색 가스로 인간의 감각으로는 감지하기 어렵기 때문에, 500ppm 이하에서 수소의 정확한 검출은 저장, 사용 및 안전한 운송에 있어서 필요하다.
일반적으로 금속 산화물은 밴드갭이 크기 때문에, 상대적으로 비활성이다. 금속 산화물을 포함하는 가스센서는 표면 산화 반응을 가능하게 하기 위해, 300℃ 이상의 작동 온도를 필요로 한다.
이에 따라, 유독가스 중 특히 수소가스를 상온에서도 검출하려면 높은 온도가 필요한 단점이 있다.
본 발명의 글래스 일체형 가스센서는 글래스 표면에 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하는 귀금속 촉매 나노입자가 분산 및 코팅된 구조에 의해, 상온에서도 화학적으로 흡착된 산소와 반응하여, 상온에서 저농도의 수소를 검출하는데 유리한 효과가 있다.
구체적으로, 글래스에 전기 전도도가 보다 우수한 IGZO(50)를 소량 더 포함하고, 글래스(20)의 상부 표면에 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하는 귀금속 촉매 나노입자(40)가 배치됨에 따라, Pd의 경우 수소 가스와 반응 시 팔라듐 수소화물(PdHx)를 형성하고, 팔라듐 수소화물(PdHx)은 별다른 열처리 없이도 상온에서도 화학적으로 흡착된 산소와 반응을 하여 수소를 검출하게 된다.
따라서, 저온에서도 수소 가스의 검출 민감도가 우수한 효과가 있다.
특히, 유독가스와 수소가스의 검출 민감도를 보다 향상시키기 위해, IGZO를 분말형태가 아닌 나노섬유 형태로 포함하는 것이 바람직하다.
IGZO 나노섬유의 길이는 200~1000nm 이고, 직경은 10~100nm 일 수 있다.
또한 IGZO 나노섬유는 표면에 기공을 포함하여 표면적을 보다 증가시킬 수 있다. IGZO 나노섬유의 기공률은 10~40%일 수 있다.
IGZO 나노섬유가 상기 길이와 직경 범위, 기공률을 만족함으로써, IGZO 을 소량 포함함에도 불구하고 유독가스의 우수한 검출성능을 나타낼 수 있다.
글래스(20)는 규산염 유리 등의 글래스 100중량부에 대하여, 형광 또는 변색 물질 1~90중량부를 포함할 수 있다. 그리고, 규산염 유리 등의 글래스 100중량부에 대하여, IGZO 1~30중량부를 더 포함할 수 있다.
글래스 일체형 가스센서는 규산염 유리 등의 글래스를 주성분으로 포함하고, 형광 또는 변색 물질 1~90중량부를 포함함으로써, 발광특성, 변색특성 변화에 의해 유독가스의 접촉여부를 확인할 수 있고, 발광특성, 변색특성 변화 정도에 따라 유독가스의 농도를 확인할 수 있다.
또한 글래스 일체형 가스센서는 글래스를 주성분으로 포함하고, IGZO 1~30중량부를 더 포함함으로써, 유독가스의 검출이 용이한 효과가 있다.
또한 글래스 일체형 가스센서는 글래스 100중량부에 대하여, 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하는 귀금속 촉매 나노입자 1~10중량부를 포함함으로써, 수소가스의 검출이 용이한 효과가 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 유독가스와 그 중에서도 수소가스의 검출 민감도를 향상시키기 위해, 상기 글래스 일체형 가스센서는 글래스에 포함되는 IGZO 100중량% 중 70중량% 이상이 글래스의 두께방향으로 상부 50% 이내에 위치할 수 있다.
즉, IGZO(50) 의 대부분이 상부층에 존재하고, IGZO(50)와 근접한 위치에 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하는 귀금속 촉매 나노입자가 분산되어 있어, 상온에서도 화학적으로 흡착된 산소와 반응하기 때문에, 상온에서의 수소가스 검출 민감도가 우수한 효과가 있다.
Pt 나노입자 및 Pd 나노입자 각각의 크기는 대략 1~20nm이고, 바람직하게는 1~10nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 글래스 일체형 가스센서는 기판(10)과 글래스(20) 사이에 발열시트(미도시)를 더 배치할 수 있다.
글래스(20)의 온도가 높을수록 유독가스와의 반응성이 증가하게 된다.
따라서 발열시트를 사용하면 형광 또는 변색 물질(30)과 유독가스와의 반응성을 향상시킬 수 있다. 발열시트는 전기적 에너지를 열에너지로 바꾸는 코일 형태일 수 있으며, 형광 또는 변색 물질(30)에 열을 전달할 수 있는 형태라면 매우 다양한 형태로 포함될 수 있다.
추가로, 글래스의 표면에 센서전극을 배치할 수 있다. 센서전극을 배치함에 따라, 센서 저항의 변화를 모니터링하여 유독가스의 농도를 보다 정확히 확인할 수 있다.
상기 센서전극은 금(Au), 베릴륨(Be), 비스무트(Bi), 코발트(Co), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 인듐(In), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 납(Pb), 백금(Pt), 로듐(Rh), 레늄(Re), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 텔륨(Te), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 아연(Zn) 및 지르코늄(Zr) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
계측기는 무선 통신을 이용하여, 상기 감지된 유독가스의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 서버로 전송한다.
산업단지의 크기와 부하 설비의 부피가 클 때 무선 통신을 이용함으로써, 정보 전송의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 정보의 오차를 감소시키고, 정보를 안정적으로 수집하고 저장할 수 있다.
상기 무선 통신은 인터넷망을 이용한 원거리 무선방식인 와이파이(Wi-fi), 블루투스(Bluetooth), 코드분할 다원접속(CDMA), 울트라와이드밴드(UWB) 및 근거리 무선방식인 지그비(Zigbee) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 계측기는 유독가스 감지부와 무선 통신하는 제1통신부, 및 서버와 무선 통신하는 제2통신부를 포함할 수 있다.
제1통신부와 제2통신부는 송수신을 담당하는 구성요소이며, 상기 제1통신부는 2~3GHz의 안테나를 포함할 수 있다.
상기 제2통신부는 CDMA 안테나 또는 WLAN 안테나를 포함할 수 있다.
서버는 상기 전송된 정보를 모니터링하여 유독가스의 농도를 분석한다.
서버에는 표준 농도(설정값)가 저장되어 있고, 상기 표준 농도를 기준으로 감지된 유독가스의 농도를 비교해서 나타낸다.
유독가스 감지부에서 감지된 발광색상의 변화가 계측기를 통해 서버로 전송되면, 발광색상에 따른 유독가스의 농도가 서버에 표시된다.
또한 유독가스 감지부에 배치된 전극을 통해 가스센서의 저항 변화가 계측기를 통해 서버로 전송되면, 가스센서의 저항 변화에 따른 유독가스 농도가 서버에 표시된다. 상기 발광색상의 변화와 저항 변화를 동시에 이용하면, 유독가스의 농도를 보다 정확히 측정하는 효과가 있다.
서버는 표준 농도를 기준으로, 분석된 유독가스의 농도가 높으면 알람을 발생시키는 알람부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 서버에 저장된 표준 농도가 0.1ppm(v/v) 이하라고 가정한다.
글래스 일체형 가스센서에 감지된 유독가스 농도가 0.05ppm(v/v) 이라면 서버에 연결된 화면에 0.05ppm(v/v) 이라고 보여진다.
반면, 글래스 일체형 가스센서에 감지된 유독가스 농도가 0.8ppm(v/v)인 경우, 알람부를 통해 알람을 발생시켜 이상 상황 발생을 인식시킬 수 있다.
이를 통해, 외부의 관리자가 유독가스의 농도를 신속히 확인하고 제조 공정을 중단하거나 오염 수위가 높은 곳의 도어를 폐쇄하여, 유독가스의 확산을 방지할 수 있다.
본 발명의 유독가스의 모니터링 시스템은 유독가스 감지부, 계측기 및 서버에 전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 공급부는 배터리 형태로 구성된다.
본 발명의 유독가스의 모니터링 시스템은 유독가스 감지부의 기판에 GPS 와 같은 위치파악장치를 배치할 수 있다. 또한 상기 위치파악장치가 배치된 유독가스 감지부가 일정 간격으로 복수개로 배치될 때, 유독가스 감지부의 위치마다 유독가스의 농도를 확인할 수 있다.
또한, 유독가스 감지부의 위치정보를 통해 유독가스의 확산 방향을 감지할 수 있다.
예를 들어, 제1위치에 있는 제1유독가스 감지부와, 상기 제1위치에서 2m 거리에 있는 제2위치에 있는 제2유독가스 감지부가 있다고 가정한다.
제1유독가스 감지부에서 감지된 유독가스의 농도가 3ppm 이고, 제2유독가스 감지부에서 감지된 유독가스의 농도가 10ppm 이라면, 제1위치와 제2위치에서의 유독가스의 농도를 확인할 수 있다. 또한 제2위치에서 제1위치로 유독가스가 확산되고 있음을 예상할 수 있다.
서버는 휴대용 전자기기에 연결될 수 있다. 서버가 휴대용 전자기기에 연결됨에 따라, 관찰자가 이동 시에 유독가스의 농도를 실시간으로 확인할 수 있다.
이에 따라 유독가스 관리의 편의성을 증가시킬 수 있다.
이처럼, 본 발명의 유독가스의 모니터링 시스템을 이용하면, 공기 내 유독가스의 농도를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 또한 사람이 출입하기 어려운 공정설비 내부의 유독가스 존재 여부를 확인할 수 있다.
또한 본 발명의 유독가스의 모니터링 시스템이 휴대용 전자기기에 연결됨에 따라, 관찰자가 유독가스의 정보를 실시간으로 확인할 수 있어 편의성이 향상되는 효과가 있다.
도 6은 본 발명에 따른 유독가스의 모니터링 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 유독가스의 모니터링 방법은 유독가스 감지부에서 유독가스를 감지하는 단계(S110), 무선 통신을 이용하여, 계측기에서 상기 감지된 유독가스의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 서버로 전송하는 단계(S120), 및 서버에서 상기 전송된 정보를 모니터링하여 유독가스의 농도를 분석하는 단계(S130)를 포함한다.
먼저, 산업 시설에서 발생한 유독가스를 유독가스 감지부에서 감지한다.
유독가스 감지부는 글래스 일체형 가스센서를 포함한다.
상기 글래스 일체형 가스센서의 발광특성 변화에 의해 유독가스의 접촉여부를 확인할 수 있다.
그리고 발광특성, 변색특성의 변화 정도 및 저항 변화에 따라 유독가스의 농도를 보다 정확히 측정할 수 있다.
상기 글래스, 형광 또는 변색 물질, IGZO에 대한 사항은 전술한 바와 같다.
전술한 바와 같이, 상기 글래스 일체형 가스센서는 IGZO 100중량% 중 70중량% 이상이 글래스의 두께방향으로 상부 50% 이내에 위치하는 글래스를 이용하여, 수소가스의 감지성능을 향상시키는 효과가 있다.
이어서, 와이파이(Wi-fi), 블루투스(Bluetooth), 코드분할 다원접속(CDMA), 울트라와이드밴드(UWB) 및 지그비(Zigbee) 중 어느 하나를 포함하는 무선 통신을 이용하여, 계측기에서 상기 감지된 유독가스의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 서버로 전송한다.
제1통신부를 이용하여, 상기 계측기는 유독가스 감지부와 무선 통신하고, 제2통신부를 이용하여, 상기 계측기는 서버와 무선 통신할 수 있다.
이어서, 서버에서 상기 전송된 정보를 모니터링하여 유독가스의 농도를 분석한다.
유독가스 감지부에서 감지된 발광색상의 변화가 계측기를 통해 서버로 전송되면, 발광색상에 따른 유독가스의 농도가 서버에 표시된다.
그리고 유독가스 감지부에 배치된 전극을 통해 가스센서의 저항 변화가 계측기를 통해 서버로 전송되면, 가스센서의 저항 변화에 따른 유독가스 농도가 서버에 표시된다.
상기 발광색상의 변화와 저항 변화를 동시에 이용하면, 유독가스의 농도를 보다 정확히 측정하는 효과가 있다.
이때, 서버에 저장된 표준 농도를 기준으로, 감지된 유독가스의 농도가 높으면 상기 서버에 포함된 알람부에서 알람을 발생시킬 수 있다.
서버는 휴대용 전자기기에 연결되어, 관찰자가 이동 시에 유독가스의 농도를 실시간으로 확인할 수 있다.
이에 따라 유독가스 관리의 편의성을 증가시킬 수 있다.
유독가스 감지부가 일정 간격으로 복수개로 배치될 때, 유독가스 감지부의 기판에 GPS 와 같은 위치파악장치를 배치할 수 있다.
이에 따라, 유독가스 감지부의 위치마다 유독가스의 농도를 확인하고, 유독가스 감지부의 위치정보를 통해 유독가스의 확산 방향을 감지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10 : 기판
20 : 글래스
30 : 형광 또는 변색 물질
40 : 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하는 귀금속 촉매 나노입자
50 : IGZO

Claims (22)

  1. 유독가스를 감지하는 유독가스 감지부;
    무선 통신을 이용하여, 상기 감지된 유독가스의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 서버로 전송하는 계측기; 및
    상기 전송된 정보를 모니터링하여 유독가스의 농도를 분석하는 서버;를 포함하며,
    상기 유독가스 감지부는 글래스 일체형 가스센서를 포함하고,
    상기 글래스 일체형 가스센서는
    기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 형광 또는 변색 물질을 포함하는 글래스; 및
    상기 글래스 상에 배치되고, 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하는 귀금속 촉매 나노입자;를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광 또는 변색 물질을 포함하는 글래스는
    상기 글래스 100중량부에 대하여, 형광 또는 변색 물질 1~90중량부를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 형광 또는 변색 물질을 포함하는 글래스는
    상기 글래스 100중량부에 대하여, IGZO 1~30중량부를 더 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 글래스는 규산염 유리, 알루미늄 규산염 유리, 알루미늄 붕규산염 유리, 알루민산염 유리, 나트륨 칼슘 유리 및 석영 유리 중 1종 이상을 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 글래스는 시트 형태인 유독가스의 모니터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 형광 또는 변색 물질은 Tb4+, Ce4+ 및 Eu3+ 중 1종 이상을 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 글래스 일체형 가스센서는
    상기 글래스에 포함되는 IGZO 100중량% 중 70중량% 이상이 글래스의 두께방향으로 상부 50% 이내에 위치하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신은 와이파이(Wi-fi), 블루투스(Bluetooth), 코드분할 다원접속(CDMA), 울트라와이드밴드(UWB) 및 지그비(Zigbee) 중 어느 하나를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 계측기는 상기 유독가스 감지부와 무선 통신하는 제1통신부, 및 상기 서버와 무선 통신하는 제2통신부를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1통신부는 2~3GHz의 안테나를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2통신부는 CDMA 안테나 또는 WLAN 안테나를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 서버는 표준 농도를 기준으로, 분석된 유독가스의 농도가 높으면 알람을 발생시키는 알람부를 포함하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  13. (a) 유독가스 감지부에서 유독가스를 감지하는 단계;
    (b) 무선 통신을 이용하여, 계측기에서 상기 감지된 유독가스의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 서버로 전송하는 단계; 및
    (c) 서버에서 상기 전송된 정보를 모니터링하여 유독가스의 농도를 분석하는 단계;를 포함하며,
    상기 유독가스 감지부는 글래스 일체형 가스센서를 포함하고,
    상기 글래스 일체형 가스센서는
    기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 형광 또는 변색 물질을 포함하는 글래스; 및
    상기 글래스 상에 배치되고, 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하는 귀금속 촉매 나노입자;를 포함하는 유독가스의 모니터링 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유독가스 감지부가 일정 간격으로 복수개로 배치될 때, 상기 유독가스 감지부의 위치를 통해 유독가스의 확산 방향을 감지하는 유독가스의 모니터링 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 글래스 일체형 가스센서는
    상기 글래스 100중량부에 대하여, 형광 또는 변색 물질 1~90중량부를 포함하는 글래스를 이용하여 유독가스를 감지하는 유독가스의 모니터링 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 글래스 일체형 가스센서는
    상기 글래스 100중량부에 대하여, IGZO 1~30중량부를 더 포함하는 유독가스의 모니터링 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 글래스는 규산염 유리, 알루미늄 규산염 유리, 알루미늄 붕규산염 유리, 알루민산염 유리, 나트륨 칼슘 유리 및 석영 유리 중 1종 이상을 포함하는 유독가스의 모니터링 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 형광 또는 변색 물질은 Tb4+, Ce4+ 및 Eu3+ 중 1종 이상을 포함하는 유독가스의 모니터링 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 글래스 일체형 가스센서는
    상기 IGZO 100중량% 중 70중량% 이상이 글래스의 두께방향으로 상부 50% 이내에 위치하는 글래스를 이용하여 유독가스를 감지하는 유독가스의 모니터링 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 와이파이(Wi-fi), 블루투스(Bluetooth), 코드분할 다원접속(CDMA), 울트라와이드밴드(UWB) 및 지그비(Zigbee) 중 어느 하나를 포함하는 무선 통신을 이용하는 유독가스의 모니터링 방법.
  21. 제13항에 있어서,
    제1통신부를 이용하여, 상기 계측기는 유독가스 감지부와 무선 통신하고,
    제2통신부를 이용하여, 상기 계측기는 서버와 무선 통신하는 유독가스의 모니터링 시스템.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 표준 농도를 기준으로, 분석된 유독가스의 농도가 높으면 상기 서버에 포함된 알람부에서 알람을 발생시키는 유독가스의 모니터링 방법.
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