KR20230065045A - 광학식 산소 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학식 산소 측정장치에 관한 것으로서, 산소와 반응하여 형광의 파장이 변화하는 검출 형광염료가 고정된 센서막과, 상기 검출 형광염료가 광원에 반응하여 검출 반응광을 생성할 수 있도록 상기 센서막을 향해 빛을 조사하는 광원부와, 상기 센서막에 설치되어 상기 센서막에서 생성된 검출 반응광을 일측으로 안내하는 미러와, 상기 미러에 의해 안내되는 검출 반응광의 광 경로 상에 설치되어 해당 검출 반응광을 검출하는 광검출기와, 상기 광검출기에서 검출된 상기 검출 반응광을 토대로 산소의 농도를 산출하는 산출부를 구비한다.
본 발명에 따른 광학식 산소 측정장치는 광원과, 산소와 반응하여 형광의 파장이 변화하는 검출 형광염료를 이용하므로 보다 용이하게 실내의 산소 농도를 측정할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 광학식 산소 측정장치는 광원과, 산소와 반응하여 형광의 파장이 변화하는 검출 형광염료를 이용하므로 보다 용이하게 실내의 산소 농도를 측정할 수 있다는 장점이 있다.
Description
본 발명은 광학식 산소 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 측정대상 지역의 산소 농도를 검출하여 공기질을 분석할 수 있는 광학식 산소 측정장치에 관한 것이다.
최근 들어, 현대인들은 주택, 직장, 학교 등과 같은 다양한 실내 공간에서 대부분의 시간을 보낸다. 이러한 실내 공간에서 쾌적한 실내 공기는 건강을 유지하고 삶의 질을 향상시키기 위한 중요한 요소가 된다. 이와 같이, 삶의 질 향상에 대한 욕구가 증가하는 현대 사회에서 실내 공기는 더욱 중요하게 인식되고 있으며, 최근 미세먼지, 유해가스 등에 의한 영향으로 실내 공기질에 대한 관심은 더욱 증대되고 있다.
이를 위해서, 실내 공기질에 대한 정확한 측정을 필요로 한다. 하지만, 기존의 실내 공기질 측정 장치의 가스 센서는 주로 위험, 폭발, 유독 가스의 감지 등에 소량사용되어 왔으며, 실내의 산소 농도를 측정하는데 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 산소와 반응하여 형광의 파장이 변화하는 검출 형광염료를 이용하여 산소 농도를 측정할 수 있는 광학식 산소 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학식 산소 측정장치는 산소와 반응하여 형광의 파장이 변화하는 검출 형광염료가 고정된 센서막과, 상기 검출 형광염료가 광원에 반응하여 검출 반응광을 생성할 수 있도록 상기 센서막을 향해 빛을 조사하는 광원부와, 상기 센서막에 설치되어 상기 센서막에서 생성된 검출 반응광을 일측으로 안내하는 미러와, 상기 미러에 의해 안내되는 검출 반응광의 광 경로 상에 설치되어 해당 검출 반응광을 검출하는 광검출기와, 상기 광검출기에서 검출된 상기 검출 반응광을 토대로 산소의 농도를 산출하는 산출부를 구비한다.
한편, 본 발명에 따른 광학식 산소 측정장치는 내부에 상기 센서막, 광원부, 다이크로익 미러 및 광검출기가 설치될 수 있도록 내부공간이 마련되며, 해당 내부공간으로 외기가 유입될 수 있도록 유입구가 형성된 케이스를 더 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 광학식 산소 측정장치는 상기 광원부에서 발생된 열에 의해 상기 내부공간 내의 공기가 과열되는 것을 방지하기 위해 상기 케이스를 냉각시키기 위해 상기 케이스에 설치되는 냉각부를 더 구비할 수도 있다.
상기 냉각부는 상기 케이스를 감싸도록 형성되며, 내부에 저온의 냉매가 유동할 수 있는 내부유로가 형성된 냉각관과, 상기 냉각관에 연결되어 상기 내부유로로 저온의 냉매를 공급하는 냉매공급유닛을 구비할 수 있다.
상기 광원부는 일부분이 상기 센서막에 대향되는 위치의 상기 내부공간에 인입되며, 나머지는 상기 케이스 내부에 노출되도록 상기 케이스에 슬라이딩 가능하게 설치되는 지지 플레이트와, 상기 센서막에 대향되는 상기 지지 플레이트의 일측면에 설치되며, 상기 지지 플레이트의 슬라이딩 방향을 따라 상호 이격되게 배열되어 상기 센서막 측으로 광을 조사하는 다수의 발광부재와, 상기 발광부재들 중 어느 하나가 상기 센서막에 대향되도록 상기 내부공간 상에 위치하며, 나머지는 상기 케이스의 외부에 노출되도록 상기 지지 플레이트를 슬라이딩시키는 플레이트 구동부와, 상기 발광부재의 온도를 측정할 수 있도록 상기 지지 플레이트 또는 케이스에 마련된 온도측정부와, 상기 온도측정부에서 제공되는 측정 정보를 토대로 상기 발광부재들 중 기설정 기준온도 이상의 온도를 갖는 발광부재가 상기 케이스의 외부로 이동되도록 상기 플레이트 구동부를 작동시키고, 상기 케이스 외부에 위치한 상기 발광부재의 작동을 정지시키는 광원 제어부를 구비할 수도 있다.
상기 광원부는 상기 케이스에 설치되어 상기 발광부재들 중 상기 케이스 외부로 노출된 발광부재를 냉각시키는 램프 냉각유닛을 더 구비할 수도 있다.
상기 램프 냉각유닛은 상기 케이스 외부에 노출된 상기 지지 플레이트에 대향되는 위치의 상기 케이스에 설치되어 상기 지지 플레이트 측으로 외기를 강제송풍시키는 송풍기를 구비할 수 있다.
상기 송풍기는 상기 케이스 외부로 노출된 상기 지지 플레이트의 타측면에 대향되는 위치에 설치되고, 상기 지지 플레이트는 상기 송풍기에 의해 강제송풍된 외기가 통과되도록 관통되게 다수의 통기구가 형성되고, 상기 램프 냉각유닛은 상기 케이스 외부로 노출된 상기 지지 플레이트의 일측면에 대향되는 위치의 상기 케이스에 설치되는 보조부재와, 전원공급부로부터 인가되는 전원에 의해 상호 대향되는 양측면이 발열 및 냉각되되, 상기 통기구를 통과한 외기를 냉각하여 상기 지지 플레이트 측으로 유동시킬 수 있도록 양측면 중 냉각되는 냉각면이 상기 지지 플레이트에 대향되도록 상기 보조부재에 설치되는 열전소자를 더 구비할 수도 있다.
본 발명에 따른 광학식 산소 측정장치는 광원과, 산소와 반응하여 형광의 파장이 변화하는 검출 형광염료를 이용하므로 보다 용이하게 실내의 산소 농도를 측정할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광학식 산소 측정장치에 대한 개념도이고,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학식 산소 측정장치에 대한 개념도이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학식 산소 측정장치의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학식 산소 측정장치에 대한 개념도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학식 산소 측정장치에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학식 산소 측정장치에 대한 개념도이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학식 산소 측정장치의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학식 산소 측정장치에 대한 개념도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학식 산소 측정장치에 대한 개념도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광학식 산소 측정장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1에는 본 발명에 따른 광학식 산소 측정장치(100)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 광학식 산소 측정장치(100)는 케이스(110)와, 상기 케이스(110)에 설치되며, 산소와 반응하여 형광의 파장이 변화하는 검출 형광염료가 고정된 센서막(120)과, 상기 검출 형광염료가 광원에 반응하여 검출 반응광을 생성할 수 있도록 상기 센서막(120)을 향해 빛을 조사하는 광원부(130)와, 상기 센서막(120)에 설치되어 상기 센서막(120)에서 생성된 검출 반응광을 일측으로 안내하는 미러(140)와, 상기 미러(140)에 의해 안내되는 검출 반응광의 광 경로 상에 설치되어 해당 검출 반응광을 검출하는 광검출기(150)와, 상기 광검출기(150)에서 검출된 상기 검출 반응광을 토대로 산소의 농도를 산출하는 산출부(160)를 구비한다.
케이스(110)는 내부에, 내부에 상기 센서막(120), 광원부(130), 다이크로익 미러(140) 및 광검출기(150)가 설치될 수 있도록 내부공간(111)이 마련되며, 전면에, 해당 내부공간(111)으로 외기가 유입될 수 있도록 유입구(112)가 형성되어 있다. 또한, 케이스(110)의 후방에는 내부공간(111) 내의 공기가 외부로 배출되도록 배출구(114)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 케이스(110)는 사각 구조물로 형성되며, 광원에서 발생된 열이 외부로 용이하게 방열될 수 있도록 소정의 열전도도를 갖는 금속성 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 케이스(110)의 상면에는 광원부(130)에 의해 가열된 내부공간(111) 내의 공기를 방열시킬 수 있도록 다수의 방열핀(113)이 설치되어 있다. 상기 방열핀(113)은 외기와의 접촉면적이 확장될 수 있도록 케이스(110)의 상면에 대해 상방으로 돌출되며, 좌우방향으로 연장되게 형성된다.
센서막(120)은 산소 농도 측정을 위해 내부공간(111) 내로 인입된 외기의 산소와 접촉가능하도록 케이스(110) 내부에 설치된다. 이때, 상기 센서막(120)은 미러(140)의 표면에 지지되어 내부공간(111) 내에 세팅된다. 상기 센서막(120)은 지지층(121)과 형광층(122)을 포함한다.
지지층(121)은 특히 가시광선 및 자외선 파장 대역에서 광 투과도가 우수한 석영유리(quartz glass)나 PET(PolyEthylene Telephthalate) 필름으로 이루어진다. 특히 지지층(121)의 외측면은 검출대상물질과 접촉하는 면으로서, 산란 유도를 위해 마이크로 내지 나노 단위의 미세 패턴이 형성될 수도 있다.
형광층(122)은 산소와 선택적 결합을 위해 지지층(121)의 표면에, 산소와 반응하여 형광의 파장이 변화하는 검출 형광염료가 고정되어 형성된다. 형광층(122)은 검출 형광염료가 유기물질인 경우, 마이크로 내지 나노 단위의 실리카 또는 고분자 입자에 고정화된 후, 검출대상물질의 확산 및 투과성 등을 고려해 유,무기 실린 기반의 졸-겔(gel) 또는 고분자 매트릭스와 혼합되어 지지층(121)에 나이프(knife) 코팅이나 스프레이 코팅 방식으로 접합될 수 있다. 이와 같이 형광층(122)을 형성하면, 형광이득효율이 상승할 수 있고, 센서막(120)의 균질도가 상승되는 이점이 있다.
상기 검출 형광염료는 potassium aquapenta chlororuthenate(III)와 4,7-diphenyl -1,10-phenathroline을 이용하여 제조된 Tris(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)ruthenium dichloride(Ru(dpp)3Cl2+)가 적용될 수 있다.
광원부(130)는 케이스(110) 내부에 설치된 브라켓(131)과, 미러(140)에 마련된 센서막(120)으로 광을 조사할 수 있도록 브라켓(131)에 설치된 발광부재(132)를 구비한다.
브라켓(131)은 센서막(120)에 대향될 수 있도록 미러(140)에 대해 전방으로 소정거리 이격된 위치의 케이스(110) 내부에 설치된다. 해당 브라켓(131)은 내부공간(111)의 바닥면으로부터 상방으로 소정길이 돌출형성된다.
발광부재(132)는 센서막(120)에 대향되는 브라켓(131)의 후면에 설치되어 센서막(120)으로 광을 조사한다. 해당 발광부재(132)는 발광 다이오드(Light Emitting Diode)가 적용되는 것이 바람직하다.
미러(140)는 케이스(110) 내부에 설치되며, 전면에 센서막(120)이 세팅되어 있다. 이때, 미러(140)는 케이스(110)의 길이방향 중심선에 대해 소정각도 경사지게 세팅된다. 한편, 미러(140)는 입사되는 광 중 센서막(120)에서 생성된 검출 반응광을 하방으로 안내할 수 있도록 다이크로익 미러(Dichroic mirror)가 적용될 수 있다.
광검출기(150)는 미러(140)에 대향되는 케이스(110)의 바닥면에 설치되어 미러(140)에 의해 안내되는 검출 반응광을 검출한다. 또한, 상기 광검출기(150)는 검출 반응광의 형광 세기를 검출하는 것으로서, 종래에 일반적으로 사용되는 포토다이오드(photodiode)가 적용된다.
상기 산출부(160)는 광검출기(150)에서 검출된 검출 반응광을 토대로 산소의 농도를 산출한다. 이때, 산출부(160)는 기저장된 검출 반응광의 형광 세기에 따른 산소 농도에 대한 데이터 시트를 토대로 산소 농도를 산출할 수 있다. 한편, 산출부(160)는 산출된 산소 농도에 대한 정보를 관리자의 단말기로 전송할 수 있도록 통신모듈(161)을 더 구비할 수도 있다. 해당 통신모듈(161)은 무선 통신망을 통해 해당 산소 농도에 대한 정보를 관리자의 단말기 즉, 스마트폰 또는 관리서버에 전송할 수 있다.
상술된 바와 같이 구성된 광학식 산소 측정장치(100)의 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다.
작업자는 산소 농도를 측정하고자하는 측정 공간 내에 해당 케이스(110)를 설치한다. 측정 공간 내의 공기가 유입구(112)를 통해 케이스(110) 내부로 유입되고, 센서막(120)의 검출 형광염료에 반응한다. 이때, 광원부(130)에서 조사되는 광에 의해 센서막(120)은 공기의 산소 농도에 대응되는 형광세기를 갖는 검출 반응광을 생성한다. 여기서, 미러(140)는 입사되는 광 중 해당 검출 반응광을 하방으로 안내한다. 미러(140)에 의해 안내된 검출 반응광은 광검출기(150)에 입사되고, 광검출기(150)는 해당 검출 반응광을 검출한다. 산출부(160)는 광검출기(150)에서 검출된 검출 반응광을 토대로 해당 측정 공간 내의 공기 중 산소 농도를 산출한다. 산출부(160)는 산출된 산소 농도에 대한 정보를 통신모듈(161)을 통해 관리자에게 제공한다.
상술된 본 발명에 따른 광학식 산소 측정장치(100)는 광원과, 산소와 반응하여 형광의 파장이 변화하는 검출 형광염료를 이용하므로 보다 용이하게 실내의 산소 농도를 측정할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 2에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광학식 산소 측정장치(200)가 도시되어 있다.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참조하면, 상기 광학식 산소 측정장치(200)는 상기 광원부(130)에서 발생된 열에 의해 상기 내부공간(111) 내의 공기가 과열되는 것을 방지하기 위해 상기 케이스(110)를 냉각시키기 위해 상기 케이스(110)에 설치되는 냉각부(210)를 더 구비한다.
상기 냉각부(210)는 상기 케이스(110)를 감싸도록 형성되며, 내부에 저온의 냉매가 유동할 수 있는 내부유로가 형성된 냉각관(211)과, 상기 냉각관(211)에 연결되어 해당 냉각관(211)의 내부유로로 저온의 냉매를 공급하는 냉매공급유닛(212)을 구비한다.
냉매관은 케이스(110)의 외주면을 다수회 감싸도록 형성되며, 열전도도가 우수한 금속성 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 냉매는 냉매관을 통해 케이스(110)와 열교환하여 증발하면서 해당 케이스(110)를 냉각시킨다.
냉매공급유닛(212)은 냉각관(211)에서 증발된 냉매를 압축하는 압축기(213)와, 압축기(213)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(214)와, 응축기(214) 및 냉각관(211) 사이에 설치되어 상기 응축기(214)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(215)를 구비한다. 한편, 냉매공급유닛(212)은 이에 한정하는 것이 아니라 냉매관으로 저온의 냉매를 공급할 수 있는 냉매 공급수단이면 무엇이든 적용가능하다.
상술된 바와 같이 구성된 냉각부(210)는 저온의 냉매를 이용하여 해당 케이스(110)를 냉각시키므로 발광부재(132)에서 발생되는 열에 의해 센서막(120)에 결함이 발생되거나 케이스(110) 내외부의 공기의 산소 농도 차이가 발생되는 것을 방지하여 광학식 산소 측정장치(200)의 측정 값에 대한 정확성 및 신뢰성을 향상시키는 장점이 있다.
한편, 도 3 및 도 4에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광원부(220)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 광원부(220)는 케이스(110)에 슬라이딩 가능하게 설치된 지지 플레이트(221)와, 상기 지지 플레이트(221)에 설치되는 다수의 발광부재(222)와, 상기 지지 플레이트(221)를 슬라이딩시키는 플레이트 구동부(223)와, 발광부재(222)들의 온도를 측정하는 온도측정부(미도시)와, 발광부재(222)들의 온도에 따라 해당 플레이트 구동부(223)를 제어하는 광원 제어부를 구비한다.
여기서, 케이스(110)는 해당 지지 플레이트(221)가 관통되게 이동될 수 있도록 좌우측면에 각각 복수의 관통구(15)가 형성되어 있다. 상기 관통구(15)들은 미러(140)에 대해 전방으로 이격된 위치의 케이스(110) 좌우측면에 각각 형성되는 것이 바람직하다.
지지 플레이트(221)는 일부분이 상기 센서막(120)에 대향되는 위치의 상기 내부공간(111)에 인입되며, 나머지는 상기 케이스(110) 내부에 노출되도록 상기 케이스(110)에 슬라이딩 가능하게 설치된다. 즉, 상기 지지 플레이트(221)는 소정의 두께를 갖는 판형으로 형성되며, 좌우방향으로 연장되되, 케이스(110)의 관통구(15)에 인입되어 해당 케이스(110)에 이동가능하게 결합된다. 여기서, 지지 플레이트(221)는 케이스(110)의 좌우 폭보다 더 긴 길이로 연장형성되는 것이 바람직하다.
발광부재(222)는 상기 센서막(120)에 대향되는 상기 지지 플레이트(221)의 후면에 설치되며, 상기 지지 플레이트(221)의 슬라이딩 방향을 따라 상호 이격되게 배열되게 설치된다. 상기 발광부재(222)는 상기 센서막(120) 측으로 소정 파장의 광을 조사하는 것으로서, 발광 다이오드가 적용된다.
플레이트 구동부(223)는 상기 발광부재(222)들 중 어느 하나가 상기 센서막(120)에 대향되도록 상기 내부공간(111) 상에 위치하며, 나머지는 상기 케이스(110)의 외부에 노출되도록 상기 지지 플레이트(221)를 슬라이딩시킨다. 여기서, 플레이트 구동부(223)는 일단이 지지 플레이트(221)에 설치되고, 타단은 케이스(110)에 설치되며, 일단에서 타단까지의 길이가 신축되는 유압 실린더 또는 스크류 잭과 같은 액츄에이터가 적용된다. 한편, 플레이트 구동부(223)는 이에 한정하는 것이 아니라 지지 플레이트(221)를 좌우방향으로 이동시킬 수 있는 구동수단이면 무엇이든 적용 가능하다.
온도측정부는 도면에 도시되진 않았지만, 발광부재(222)들에 인접된 위치의 지지 플레이트(221)에 각각 설치되어 해당 발광부재(222)의 온도를 측정하는 다수의 온도센서를 구비한다. 한편, 온도센서는 이에 한정하는 것이 아니라 지지 플레이트(221)에 인접된 위치의 케이스(110) 내부에 설치되어 내부공간(111)으로 인입된 발광부재(222)의 온도를 측정할 수도 있다. 상기 온도센서들은 측정된 온도 정보를 광원 제어부에 제공한다.
광원 제어부는 상기 온도측정부에서 제공되는 측정 정보를 토대로 상기 발광부재(222)들 중 기설정 기준온도 이상의 온도를 갖는 발광부재(222)가 상기 케이스(110)의 외부로 이동되도록 상기 플레이트 구동부(223)를 작동시킨다. 여기서, 기준온도는 발광부재(222)가 케이스(110) 내부의 공기의 온도를 과열시키지 않을 온도로서, 관리자에 의해 기입력된다. 이때, 광원 제어부는 케이스(110) 내부로 인입된 발광부재(222)를 작동시키고, 상기 케이스(110) 외부에 위치한 상기 발광부재(222)의 작동을 정지시키는 것이 바람직하다.
상술된 바와 같이 구성된 상기 광원부(220)는 다수의 발광부재(222)들 중 고온 즉, 기설정된 기준온도 이상의 온도를 갖는 발광부재(222)를 케이스(110) 외부로 이동시켜 방열시키고, 나머지 발광부재(222)를 케이스(110) 내부로 인입시키므로 케이스(110) 내부의 공기가 과열되어 측정 값에 오차가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광원부(230)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 광원부(230)는 상기 케이스(110)에 설치되어 상기 발광부재(222)들 중 상기 케이스(110) 외부로 노출된 발광부재(222)를 냉각시키는 램프 냉각유닛(231)을 더 구비한다.
상기 램프 냉각유닛(231)은 상기 케이스(110) 외부에 노출된 상기 지지 플레이트(221)에 대향되는 위치의 상기 케이스(110)에 설치되어 상기 지지 플레이트(221) 측으로 외기를 강제송풍시키는 복수의 송풍기(232)를 구비한다.
상기 송풍기(232)는 관통구(15)에 대해 후방으로 이격된 위치의 케이스(110) 좌우측면에 각각 설치되어 전방으로 외기를 강제 송풍시킨다. 해당 송풍기(232)는 광원 제어부에 의해 작동이 제어된다. 상기 광원 제어부는 발광부재(222)들 중 케이스(110) 외부로 노출된 발광부재(222)에 대향되는 송풍기(232)를 작동시킨다. 이때, 광원 제어부는 온도측정부에서 제공되는 온도 정보를 토대로 해당 발광부재(222)의 온도가 기설정된 세팅온도 이하에 도달할 경우, 해당 송풍기(232)의 작동을 정지시킬 수 있다.
상술된 램프 냉각유닛(231)은 송풍기(232)를 통해 케이스(110) 외부로 노출된 발광부재(222) 측으로 외기를 강제송풍시키므로 보다 신속하게 발광부재(222)의 온도를 낮출 수 있어 열에 의해 해당 발광부재(222)에 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 램프 냉각유닛(240)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 램프 냉각유닛(240)은 상기 케이스(110) 외부로 노출된 상기 지지 플레이트(221)의 일측면에 대향되는 위치의 상기 케이스(110)에 설치되는 보조부재(241)와, 전원공급부(미도시)로부터 인가되는 전원에 의해 상호 대향되는 양측면이 발열 및 냉각되되, 상기 통기구(16)를 통과한 외기를 냉각하여 상기 지지 플레이트(221) 측으로 유동시킬 수 있도록 양측면 중 냉각되는 냉각면이 상기 지지 플레이트(221)에 대향되도록 상기 보조부재(241)에 설치되는 열전소자(242)를 구비한다.
여기서, 송풍기(232)들은 상기 케이스(110) 외부로 노출된 상기 지지 플레이트(221)의 전면에 대향될 수 있도록 관통구(15)에 대해 전방으로 이격된 위치의 케이스(110) 좌우측면ㅇ에 각각 설치되어 후방으로 외기를 강제송풍시킨다.
또한, 지지 플레이트(221)는 송풍기(232)에서 송풍되는 외기가 통과될 수 있도록 다수의 통기구(16)가 형성되어 있다. 상기 통기구(16)는 지지 플레이트(221)의 전면에서 후면으로 관통되게 형성되는 것이 바람직하다.
보조부재(241)는 복수개가 관통구(15)에 대해 후방으로 이격된 위치의 케이스(110) 좌우측면에 각각 설치된다. 해당 보조부재(241)는 케이스(110)로부터 외측으로 돌출되게 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 보조부재(241)는 통기구(16)를 통과한 공기를 재차 지지 플레이트(221) 측으로 유동시킬 수 있도록 지지 플레이트(221)의 상하폭에 대응되는 상하폭을 갖고, 좌우방향으로 소정길이 연장되게 형성된다.
열전소자(242)는 보조부재(241)들에 각각 설치되는 것으로서, 외부의 열을 흡열할 수 있는 냉각면이 보조부재(241)의 전면 노출되고, 외부로 열을 방출하는 발열면이 보조부재(241)의 후면에 노출되도록 설치된다. 여기서, 열전소자(242)는 펠티어 소자라고도 하며, 서로 다른 두 개의 N,P형 반도체를 직렬로 연결했을 때 두금속의 접합부를 통하여 전류가 흐르면 그 접합부에서 열이 발생하거나 또는 흡수되는 펠티에 효과(peltier's effect)를 이용한 반도체 소자이다 이는 전류방향에 따라 발열ㆍ흡열이 가능하고, 전류량에 따라 발열ㆍ흡열량이 조절된다 즉, 어느 한 방향으로 전류를 흘려보내면 후면은 열을 방출하여 가열작용을 하고, 전면은 열을 흡수하여 냉각작용을 하게 된다 이에 반해 역방향으로 전류를 흘려보내면 열을 방출하고 흡수하는 면이 바뀌게 되는 특성이 있다. 이때, 전원공급부는 도면에 도시되진 않았지만, 열전소자(242)에 전기를 공급하기 위한 건축물의 전원공급시설이나 소정의 전력이 충전된 배터리가 적용될 수 있다.
광원 제어부는 상기 온도측정부에서 제공되는 측정 정보를 토대로 상기 발광부재(222)들 중 기설정 기준온도 이상의 온도를 갖는 발광부재(222)가 상기 케이스(110)의 외부로 이동되도록 상기 플레이트 구동부(223)를 작동시킨다. 이때, 광원 제어부는 는 발광부재(222)들 중 케이스(110) 외부로 노출된 발광부재(222)에 대향되는 송풍기(232)를 작동시킨다. 송풍기(232)에 의해 송풍된 공기는 지지 플레이트(221)의 통기구(16)를 통과하며 해당 지지 플레이트(221)를 방열시킨다. 통기구(16)를 통과한 공기는 열전소자(242)의 냉각면에 접촉되어 냉각되며, 냉각된 공기는 보조부재(241)에 충돌하여 지지 플레이트(221)의 전면으로 재차 유동되어 발광부재(222)를 냉각시킬 수 있다. 따라서, 통기구(16)를 통과한 외기는 열전소자(242)에 의해 냉각된 다음, 발광부재(222) 측으로 유동하므로 해당 발광부재(222)의 냉각효율이 향상된다.
제시된 실시 예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
100: 광학식 산소 측정장치
110: 케이스
113: 방열핀
114: 배출구
120: 센서막
121: 지지층
122: 형광층
130: 광원부
131: 브라켓
132: 발광부재
140: 미러
150: 광검출기
160: 산출부
161: 통신모듈
110: 케이스
113: 방열핀
114: 배출구
120: 센서막
121: 지지층
122: 형광층
130: 광원부
131: 브라켓
132: 발광부재
140: 미러
150: 광검출기
160: 산출부
161: 통신모듈
Claims (8)
- 산소와 반응하여 형광의 파장이 변화하는 검출 형광염료가 고정된 센서막;
상기 검출 형광염료가 광원에 반응하여 검출 반응광을 생성할 수 있도록 상기 센서막을 향해 빛을 조사하는 광원부;
상기 센서막에 설치되어 상기 센서막에서 생성된 검출 반응광을 일측으로 안내하는 미러;
상기 미러에 의해 안내되는 검출 반응광의 광 경로 상에 설치되어 해당 검출 반응광을 검출하는 광검출기;
상기 광검출기에서 검출된 상기 검출 반응광을 토대로 산소의 농도를 산출하는 산출부;를 구비하는,
광학식 산소 측정장치.
- 제1항에 있어서,
내부에 상기 센서막, 광원부, 다이크로익 미러 및 광검출기가 설치될 수 있도록 내부공간이 마련되며, 해당 내부공간으로 외기가 유입될 수 있도록 유입구가 형성된 케이스;를 더 구비하는,
광학식 산소 측정장치.
- 제2항에 있어서,
상기 광원부에서 발생된 열에 의해 상기 내부공간 내의 공기가 과열되는 것을 방지하기 위해 상기 케이스를 냉각시키기 위해 상기 케이스에 설치되는 냉각부;를 더 구비하는,
광학식 산소 측정장치.
- 제3항에 있어서,
상기 냉각부는
상기 케이스를 감싸도록 형성되며, 내부에 저온의 냉매가 유동할 수 있는 내부유로가 형성된 냉각관; 및
상기 냉각관에 연결되어 상기 내부유로로 저온의 냉매를 공급하는 냉매공급유닛;을 구비하는,
광학식 산소 측정장치.
- 제2항에 있어서,
상기 광원부는
일부분이 상기 센서막에 대향되는 위치의 상기 내부공간에 인입되며, 나머지는 상기 케이스 내부에 노출되도록 상기 케이스에 슬라이딩 가능하게 설치되는 지지 플레이트;
상기 센서막에 대향되는 상기 지지 플레이트의 일측면에 설치되며, 상기 지지 플레이트의 슬라이딩 방향을 따라 상호 이격되게 배열되어 상기 센서막 측으로 광을 조사하는 다수의 발광부재;
상기 발광부재들 중 어느 하나가 상기 센서막에 대향되도록 상기 내부공간 상에 위치하며, 나머지는 상기 케이스의 외부에 노출되도록 상기 지지 플레이트를 슬라이딩시키는 플레이트 구동부;
상기 발광부재의 온도를 측정할 수 있도록 상기 지지 플레이트 또는 케이스에 마련된 온도측정부; 및
상기 온도측정부에서 제공되는 측정 정보를 토대로 상기 발광부재들 중 기설정 기준온도 이상의 온도를 갖는 발광부재가 상기 케이스의 외부로 이동되도록 상기 플레이트 구동부를 작동시키고, 상기 케이스 외부에 위치한 상기 발광부재의 작동을 정지시키는 광원 제어부;를 구비하는,
광학식 산소 측정장치.
- 제5항에 있어서,
상기 광원부는 상기 케이스에 설치되어 상기 발광부재들 중 상기 케이스 외부로 노출된 발광부재를 냉각시키는 램프 냉각유닛;을 더 구비하는,
광학식 산소 측정장치.
- 제6항에 있어서,
상기 램프 냉각유닛은 상기 케이스 외부에 노출된 상기 지지 플레이트에 대향되는 위치의 상기 케이스에 설치되어 상기 지지 플레이트 측으로 외기를 강제송풍시키는 송풍기;를 구비하는,
광학식 산소 측정장치.
- 제7항에 있어서,
상기 송풍기는 상기 케이스 외부로 노출된 상기 지지 플레이트의 타측면에 대향되는 위치에 설치되고,
상기 지지 플레이트는 상기 송풍기에 의해 강제송풍된 외기가 통과되도록 관통되게 다수의 통기구가 형성되고,
상기 램프 냉각유닛은
상기 케이스 외부로 노출된 상기 지지 플레이트의 일측면에 대향되는 위치의 상기 케이스에 설치되는 보조부재; 및
전원공급부로부터 인가되는 전원에 의해 상호 대향되는 양측면이 발열 및 냉각되되, 상기 통기구를 통과한 외기를 냉각하여 상기 지지 플레이트 측으로 유동시킬 수 있도록 양측면 중 냉각되는 냉각면이 상기 지지 플레이트에 대향되도록 상기 보조부재에 설치되는 열전소자;를 더 구비하는,
광학식 산소 측정장치.
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| KR (1) | KR102590998B1 (ko) |
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| JP5813914B2 (ja) | 2009-04-27 | 2015-11-17 | 株式会社東芝 | 自動分析装置 |
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2021
- 2021-11-04 KR KR1020210150837A patent/KR102590998B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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