KR20240078180A - Detachable trap apparatus for high speed measurement of ppt-level greenhouse gases - Google Patents
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Abstract
극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치는 극미량 온실가스의 측정을 위한 가스가 통과하는 트랩, 상기 트랩과 접촉하여 상기 트랩의 냉각 및 절연 기능을 제공하는 열전도 절연체, 상기 열전도 절연체를 통해 상기 트랩의 열을 제거하는 냉각기, 및 상기 트랩에 전류를 인가하여 줄 히팅 방식으로 상기 트랩을 가열하는 온도 제어부를 포함한다.A detachable trap device for high-speed measurement of ultra-trace greenhouse gases includes a trap through which gas for measurement of ultra-trace greenhouse gases passes, a heat-conducting insulator that contacts the trap to provide cooling and insulation functions for the trap, and a heat-conducting insulator that provides cooling and insulation functions for the trap through the heat-conducting insulator. It includes a cooler that removes heat, and a temperature control unit that applies current to the trap to heat the trap by Joule heating.
Description
본 발명은 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 줄 히팅을 이용하여 극미량 온실가스를 고속 측정할 수 있는 탈부착 트랩 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a detachable trap device for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases, and more specifically, to a detachable trap device capable of high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases using string heating.
지구온난화는 대기 중의 온실가스 농도 증가의 결과이다. 온실가스는 적외선을 선택적으로 흡수하고 다시 대기 중으로 방출하여 지구온난화를 유발한다. 온실가스는 76%의 이산화탄소, 13%의 메탄, 6%의 산화질소, 5%의 플루오로카본 등을 포함한다. 이러한 온실가스의 모니터링은 지구온난화 제어에 중요하고 국제 사회의 탄소 거래 전력 정책을 용이하게 한다.Global warming is the result of increasing concentrations of greenhouse gases in the atmosphere. Greenhouse gases selectively absorb infrared rays and emit them back into the atmosphere, causing global warming. Greenhouse gases include 76% carbon dioxide, 13% methane, 6% nitrogen oxide, and 5% fluorocarbons. Monitoring these greenhouse gases is important for controlling global warming and facilitates the international community's carbon trading power policy.
대기 중에 ppt(parts per trillion) 수준의 극미량 온실가스가 존재한다. ppb(parts per billion) 수준의 측정 분해능을 갖는 상용장비로는 ppt 수준의 극미량 온실가스를 측정하기 위해서 전처리 단계로 가스를 냉각 및 가열하여 농축하는 과정이 수행된다. 극미량 온실가스의 지속적인 모니터링을 위해서는 냉각 및 가열 시간을 줄여서 농축 속도를 향상시킬 필요가 있다.Trace amounts of greenhouse gases exist in the atmosphere at the ppt (parts per trillion) level. In order to measure trace amounts of greenhouse gases at the ppt level, commercial equipment with a measurement resolution of ppb (parts per billion) level involves concentrating the gas by cooling and heating it as a pretreatment step. For continuous monitoring of trace greenhouse gases, it is necessary to improve the concentration rate by reducing cooling and heating times.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 극미량 온실가스의 지속적인 모니터링을 위해서는 냉각 및 가열 시간을 줄여서 농축 속도를 향상시킬 수 있는 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치를 제공함에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a detachable trap device for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases that can improve the concentration rate by reducing cooling and heating times for continuous monitoring of trace amounts of greenhouse gases.
본 발명의 일 실시예에 따른 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치는 극미량 온실가스의 측정을 위한 가스가 통과하는 트랩, 상기 트랩과 접촉하여 상기 트랩의 냉각 및 절연 기능을 제공하는 열전도 절연체, 상기 열전도 절연체를 통해 상기 트랩의 열을 제거하는 냉각기, 및 상기 트랩에 전류를 인가하여 줄 히팅 방식으로 상기 트랩을 가열하는 온도 제어부를 포함한다.A detachable trap device for high-speed measurement of ultra-trace greenhouse gases according to an embodiment of the present invention includes a trap through which gas passes for measurement of ultra-trace greenhouse gases, a heat-conducting insulator that contacts the trap and provides cooling and insulating functions for the trap; It includes a cooler that removes heat from the trap through the heat-conducting insulator, and a temperature control unit that applies current to the trap to heat the trap by Joule heating.
상기 열전도 절연체는 세라믹 재질의 질화알루미늄으로 이루어질 수 있다.The heat-conducting insulator may be made of aluminum nitride, a ceramic material.
상기 열전도 절연체에는 선 형태의 홈이 형성되어 있고, 상기 트랩이 상기 열전도 절연체의 홈에 탈부착될 수 있다.A linear groove is formed in the heat-conducting insulator, and the trap can be attached and detached to the groove of the heat-conducting insulator.
상기 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치는 진공 챔버의 일측 벽면을 관통하는 상기 트랩의 일정 부분을 감싸서 이중관을 형성하고, 상기 트랩이 상기 열전도 절연체의 홈에 탈부착될 수 있도록 상기 트랩의 움직임을 허용하는 벨로우즈를 더 포함할 수 있다. The detachable trap device for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases forms a double pipe by wrapping a certain portion of the trap that penetrates one wall of the vacuum chamber, and moves the trap so that the trap can be detached from the groove of the heat conduction insulator. Additional bellows may be included to allow this.
상기 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치는 상기 열전도 절연체와 상기 냉각기 사이에 위치하여 상기 열전도 절연체와 상기 냉각기 간의 열전도 효율을 향상시키는 열전도 기판을 더 포함할 수 있다.The detachable trap device for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases may further include a heat-conducting substrate positioned between the heat-conducting insulator and the cooler to improve heat conduction efficiency between the heat-conducting insulator and the cooler.
상기 온도 제어부는, 상기 트랩의 온도를 측정하는 온도 센서, 상기 트랩의 일단에 제1 전극이 연결되어 상기 트랩으로 전류를 제공하는 전원 공급기, 상기 전원 공급기의 제2 전극과 상기 트랩의 타단 사이에 연결되어 있는 SSR 스위치, 및 상기 트랩의 온도가 타겟온도가 될 수 있도록 상기 SSR 스위치의 온 시간 및 오프 시간을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.The temperature control unit includes a temperature sensor that measures the temperature of the trap, a power supply with a first electrode connected to one end of the trap to provide current to the trap, and a power supply between the second electrode of the power supply and the other end of the trap. It may include a connected SSR switch, and a controller that controls the on and off times of the SSR switch so that the temperature of the trap becomes the target temperature.
상기 온도 제어부는, 상기 트랩의 온도를 측정하는 온도 센서, 상기 트랩의 온도가 타겟온도가 될 수 있도록 제어용 전압을 생성하는 제어기, 상기 제어용 전압에 대응하는 제1 전압을 생성하는 실리콘 제어 정류 소자, 및 상기 실리콘 제어 정류 소자로부터 입력되는 제1 전압을 저전압의 제2 전압으로 변압하고 전류를 증폭하여 상기 트랩에 인가하는 변압기를 포함할 수 있다. The temperature control unit includes a temperature sensor that measures the temperature of the trap, a controller that generates a control voltage so that the temperature of the trap becomes the target temperature, a silicon controlled rectifier that generates a first voltage corresponding to the control voltage, And it may include a transformer that transforms the first voltage input from the silicon controlled rectifier element into a low voltage second voltage, amplifies the current, and applies it to the trap.
본 발명의 다른 실시예에 따른 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치는 극미량 온실가스의 측정을 위한 가스가 통과하는 트랩, 상기 트랩의 온도를 측정하는 온도 센서, 상기 트랩의 일단에 제1 전극이 연결되어 상기 트랩으로 전류를 제공하는 전원 공급기, 상기 전원 공급기의 제2 전극과 상기 트랩의 타단 사이에 연결되어 있는 SSR 스위치, 및 상기 트랩의 온도가 타겟온도가 될 수 있도록 상기 SSR 스위치의 온 시간 및 오프 시간을 제어하는 제어기를 포함한다.A detachable trap device for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases according to another embodiment of the present invention includes a trap through which gas passes for measuring trace amounts of greenhouse gases, a temperature sensor that measures the temperature of the trap, and a first electrode at one end of the trap. a power supply connected to the trap to provide current to the trap; an SSR switch connected between the second electrode of the power supply and the other end of the trap; and an SSR switch turned on so that the temperature of the trap becomes the target temperature. It includes a controller that controls time and off time.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치는 극미량 온실가스의 측정을 위한 가스가 통과하는 트랩, 상기 트랩의 온도를 측정하는 온도 센서, 상기 트랩의 온도가 타겟온도가 될 수 있도록 제어용 전압을 생성하는 제어기, 상기 제어용 전압에 대응하는 제1 전압을 생성하는 실리콘 제어 정류 소자, 및 상기 실리콘 제어 정류 소자로부터 입력되는 제1 전압을 저전압의 제2 전압으로 변압하고 전류를 증폭하여 상기 트랩에 인가하는 변압기를 포함한다. A detachable trap device for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases according to another embodiment of the present invention includes a trap through which gas passes for measuring trace amounts of greenhouse gases, a temperature sensor that measures the temperature of the trap, and a temperature sensor that measures the temperature of the trap, and determines the temperature of the trap to be the target temperature. A controller that generates a control voltage, a silicon controlled rectifier that generates a first voltage corresponding to the control voltage, and a first voltage input from the silicon controlled rectifier is transformed into a low voltage second voltage and a current It includes a transformer that amplifies and applies it to the trap.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치는 극미량 온실가스의 측정을 위한 가스가 통과하는 스테인리스 관 형태의 트랩, 상기 트랩이 탈부착될 수 있는 선 형태의 홈이 형성되어 있고, 상기 트랩의 냉각 및 절연 기능을 제공하는 열전도 절연체, 및 진공 챔버의 일측 벽면을 관통하는 상기 트랩의 일정 부분을 감싸서 이중관을 형성하고, 상기 트랩이 상기 열전도 절연체의 홈에 탈부착될 수 있도록 상기 트랩의 움직임을 허용하는 벨로우즈를 포함한다. A detachable trap device for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases according to another embodiment of the present invention is a trap in the form of a stainless steel tube through which gas passes for measuring trace amounts of greenhouse gases, and a linear groove through which the trap can be attached and detached is formed. a heat-conducting insulator that provides cooling and insulating functions for the trap, and a portion of the trap that penetrates one wall of the vacuum chamber to form a double pipe, so that the trap can be attached and detached to the groove of the heat-conducting insulator. and a bellows allowing movement of the trap.
본 발명의 실시예에 따른 탈부착 트랩 장치는 줄 히팅을 이용하여 극미량 온실가스를 고속 측정할 수 있고, 벨로우즈를 이용하여 탈부착 기능을 확보할 수 있으며 이중관을 이용하여 진공도 확보 및 트랩 내 샘플 농축 부분만을 효율적으로 가열할 수 있다.The detachable trap device according to an embodiment of the present invention can measure trace amounts of greenhouse gases at high speed using string heating, can secure detachment and detachment function using a bellows, and secures a vacuum level by using a double pipe, and only releases the sample concentration part in the trap. It can be heated efficiently.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어부를 나타낸다.
도 3은 도 2의 온도 제어부로 트랩의 온도를 제어하는 과정을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 제어부를 나타낸다.
도 5는 도 4의 온도 제어부로 트랩의 온도를 제어하는 과정을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랩의 탈부착 기능을 나타낸다.Figure 1 shows a detachable trap device for high-speed measurement of extremely trace greenhouse gases according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a temperature control unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the process of controlling the temperature of the trap using the temperature control unit of Figure 2.
Figure 4 shows a temperature control unit according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the process of controlling the temperature of the trap using the temperature control unit of Figure 4.
Figure 6 shows the attachment and detachment function of a trap according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts that are not relevant to the description are omitted, and identical or similar components are given the same reference numerals throughout the specification.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치를 나타낸다.Figure 1 shows a detachable trap device for high-speed measurement of extremely trace greenhouse gases according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 탈부착 트랩 장치(100)는 극미량 온실가스를 측정하기 위한 전처리 단계로 가스를 냉각 및 가열하여 농축하는 과정을 수행하는 장치일 수 있다. Referring to FIG. 1, the
탈부착 트랩 장치(100)는 트랩(110), 벨로우즈(bellows)(115), 열전도 절연체(120), 열전도 기판(130), 냉각기(140) 및 온도 제어부(150)를 포함할 수 있다. 탈부착 트랩 장치(100)는 진공 챔버 내부에 설치될 수 있다. 도 1에서는 진공 챔버의 일측 벽면(160)만을 도시하고 있으며, 진공 챔버의 내부(일측 벽면(160)의 상부)에 트랩(110), 벨로우즈(115), 열전도 절연체(120), 열전도 기판(130) 및 냉각기(140)가 설치되어 있다. The
트랩(110)은 극미량 온실가스의 측정을 위한 가스가 통과하면서 냉각 및 가열에 의해 농축되는 스테인리스 관일 수 있다. 트랩(110)의 가스 입구와 가스 출구는 진공 챔버의 외부(일측 벽면(160)의 하부)에 위치하고 트랩(110)의 가스 농축 부분(샘플 부분)이 진공 챔버의 내부에 위치할 수 있다. 가스 농축 부분(샘플 부분)은 진공 챔버 내에서 벨로우즈(115)로 감싸지지 않고 열전도 절연체(120)에 접촉하는 부분일 수 있다.The
벨로우즈(115)는 진공 챔버의 일측 벽면(160)을 관통하는 트랩(110)의 일정 부분을 감싸서 이중관을 형성할 수 있다. 벨로우즈(115)는 트랩(110)의 움직임(예를 들어, 축방향 움직임)을 허용하여 트랩(110)의 탈부착 기능을 제공할 수 있다. 벨로우즈(115)의 내부, 즉 벨로우즈(115)와 트랩(110) 사이에는 절연을 위한 절연 물질(예를 들어, 글라스울(glasswool), 열수축 튜브, 테플론 테이프 등)이 채워질 수 있다. 진공 챔버 내부에서 벨로우즈(115)의 끝단은 트랩(110)에 접하여 용접되어 있고, 벨로우즈(115)가 진공 챔버의 일측 벽면(160)과 접하는 부분은 밀봉되어 있으며, 이에 따라 진공 챔버의 진공도가 확보될 수 있다. 벨로우즈(115)는 절연성 물질로 이루어져서 트랩(110)을 진공 챔버와 절연시킬 수 있다. 또는, 벨로우즈(115)가 진공 챔버의 일측 벽면(160)과 접하는 부분이 절연성 물질로 밀봉되어 트랩(110)을 진공 챔버와 절연시킬 수 있다.The
열전도 절연체(120)는 높은 열전도도와 높은 절연성을 가지며, 트랩(110)과 접촉하여 트랩(110)의 냉각 및 절연 기능을 제공할 수 있다. 열전도 절연체(120)에는 스테인리스 관 형태의 트랩(110)이 안착되는 선 형태의 홈(120G)이 형성되어 있어 있고, 트랩(110)의 가스 농축 부분(샘플 부분)이 열전도 절연체(120)의 홈(120G)에 탈부착될 수 있다. 열전도 절연체(120)는 세라믹 재질의 질화알루미늄으로 이루어질 수 있다. 세라믹 재질의 질화알루미늄은 매우 높은 열전도도(160W/mK)로 트랩(110)의 냉각 속도를 확보하면서 트랩(110)을 절연시킬 수 있다.The heat-conducting
고전류가 인가된 스테인리스 관 형태의 트랩(110)을 진공 상태에서 냉각시키기 위해서는 직접 접촉하여 전도를 통하여 열을 제거해야 하는데, 절연 없이 트랩(110)에 냉각기(140)를 접촉시키는 경우에는 누전으로 인하여 장비 고장 등 안전성 문제가 발생할 수 있다. 트랩(110)의 절연을 위하여 테프론 테이프, 고기능 폴리머 PEEK, 아노다이징 알루미늄 등이 사용될 수 있으나, 테프론 테이프의 열전도도는 0.3W/mK이고 PEEK의 열전도도는 0.25W/mK이고 아노다이징 알루미늄의 열전도도는 30W/mK에 불과하고 구리의 열전도도 400W/mK의 1/10 이하로 트랩(110)을 빠르게 냉각시킬 수 있다. 160W/mK의 열전도도를 갖는 세라믹 재질의 질화알루미늄이 트랩(110)의 빠른 냉각과 절연에 적절하다. In order to cool the
열전도 기판(130)은 열전도 절연체(120)의 아래에 부착되어 열전도 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 열전도 기판(130)은 열전도 절연체(120)와 냉각기(140) 사이에 위치하여 열전도 절연체(120)와 냉각기(140) 간의 열전도 효율을 향상시킬 수 있다. 열전도 기판(130)은 열전도도가 400W/mK로 높은 구리로 이루어질 수 있다. The
냉각기(140)는 열전도 기판(130)의 아래에 부착되어 열전도 기판(130)을 냉각시키고 열전도 절연체(120)를 통해 트랩(110)의 열을 제거할 수 있다. The cooler 140 may be attached below the heat-conducting
다시 말해, 냉각기(140) 위에 열전도 기판(130)이 배치(접촉)되고, 열전도 기판(130) 위에 열전도 절연체(120)가 배치(접촉)되고, 열전도 절연체(120) 위에 트랩(110)이 배치(접촉)될 수 있다. 트랩(110)은 열전도 절연체(120)의 홈(120G)에 삽입되어 장착되고 열전도 절연체(120)에만 접촉되어 열전도 기판(130), 냉각기(140)와 절연될 수 있으며, 열전도도가 우수한 열전도 절연체(120)를 사용함에 따라 빠르게 냉각될 수 있다.In other words, the heat-conducting
온도 제어부(150)는 전류의 제곱과 저항에 비례하여 열을 생성하는 줄 히팅(Joule heating) 방식으로 트랩(110)을 가열할 수 있다. 즉, 온도 제어부(150)는 트랩(110)에 높은 전류를 인가하여 트랩(110)을 가열할 수 있다. 이때, 벨로우즈(115)가 트랩(110)의 일정 부분을 감싼 이중관을 형성함에 따라 가스 농축 부분(샘플 부분) 위주로 효율적으로 가열될 수 있다. 가스 농축 부분(샘플 부분)이 열전도 절연체(120)에 접촉되어 냉각되고 가스 농축 부분(샘플 부분) 주변에 남아 있는 열로 인해 냉각으로 농축된 샘플은 유출되지 않으며, 가열시 가스 농축 부분(샘플 부분)의 주변을 불필요하게 가열할 필요가 없으므로, 극미량 온실가스의 측정 정밀도와 냉각/가열 속도를 높일 수 있다.The
종래에는 트랩(110)에 히터를 부착하여 트랩(110)을 가열하는 방식을 사용하였으나, 트랩(110)의 냉각시 히터의 열용량으로 인하여 냉각기(140)에 부하가 크게 발생하여 냉각기(140)의 온도가 설정온도보다 상승하여 트랩(110)의 온도가 타겟온도에 도달하지 못하고 냉각 속도가 감소하는 문제가 있다. 온도가 감소하는 냉각 과정은 지수함수적 특징을 따르므로, 히터의 높은 열용량과 냉각기(140)의 온도는 예상보다 많은 냉각 시간을 소요하게 된다. 이는 극미량 온실가스의 전체 분석 시간을 증가시키는 원인이 되며, 환경 변화 측정 정밀도를 낮추는 원인이 될 수 있다. Conventionally, a method was used to heat the
본 발명의 실시예에서는 히터를 사용하지 않고 온도 제어부(150)가 줄 히팅 방식으로 트랩(110)을 가열함으로써 히터의 열용량에 의한 문제를 해결할 수 있다. 온도 제어부(150)는 트랩(110)에 높은 전류를 인가하는 방식으로 SSR(Solid State Relay) 제어 방식 또는 SCR(Silicon Controlled Rectifier) 제어 방식을 사용할 수 있다. 도 2 및 3을 참조하여 SSR 제어 방식에 대하여 설명하고, 도 4 및 5를 참조하여 SCR 제어 방식에 대하여 설명한다. In an embodiment of the present invention, the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어부를 나타낸다. 도 3은 도 2의 온도 제어부로 트랩의 온도를 제어하는 과정을 나타낸다.Figure 2 shows a temperature control unit according to an embodiment of the present invention. Figure 3 shows the process of controlling the temperature of the trap using the temperature control unit of Figure 2.
도 2 및 3을 참조하면, 온도 제어부(150)는 온도 센서(151), 제어기(152), SSR 스위치(153) 및 전원 공급기(power supply)(154)를 포함할 수 있다.Referring to Figures 2 and 3, the
온도 센서(151)는 트랩(110)의 온도를 측정하여 제어기(152)에 실시간으로 제공할 수 있다. 제어기(152)는 트랩(110)의 온도가 타겟온도가 될 수 있도록 PID 제어(Proportional Integral Derivative control)로 SSR 스위치(153)의 온(on) 시간 및 오프(off) 시간을 제어할 수 있다. The
전원 공급기(154)의 제1 전극(양 전극)은 트랩(110)의 일단에 연결되어 있고, 전원 공급기(154)의 제2 전극(음 전극)은 SSR 스위치(153)를 통해 트랩(110)의 타단에 연결될 수 있다. 즉, SSR 스위치(153)는 전원 공급기(154)의 제2 전극(음 전극)과 트랩(110)의 타단 사이에 연결되어 있을 수 있다. The first electrode (positive electrode) of the
SSR 스위치(153)가 온(on)일 때 전원 공급기(154)에서 제공되는 전류가 트랩(110)에 흐르고, SSR 스위치(153)가 오프(off)일 때 트랩(110)에 흐르는 전류가 차단될 수 있다.When the
도 3에 예시한 바와 같이, SSR 스위치(153)가 온(on)-오프(off)를 반복함에 따라 트랩(110)의 온도(현재온도)가 타겟온도에 근접할 수 있다. 다만, SSR 제어 방식에서는 SSR 스위치(153)가 온(on)되는 순간에 무조건 최대 효율로 온도를 제어하기 때문에 온도의 오버슈트(overshoot)와 리플(ripple)이 발생할 수 있다.As illustrated in FIG. 3, as the
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 제어부를 나타낸다. 도 5는 도 4의 온도 제어부로 트랩의 온도를 제어하는 과정을 나타낸다.Figure 4 shows a temperature control unit according to another embodiment of the present invention. Figure 5 shows the process of controlling the temperature of the trap using the temperature control unit of Figure 4.
도 4 및 5를 참조하면, 온도 제어부(150)는 온도 센서(151), 제어기(152), 실리콘 제어 정류 소자(SCR)(155) 및 변압기(156)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5 , the
온도 센서(151)는 트랩(110)의 온도를 측정하여 제어기(152)에 실시간으로 제공할 수 있다. 제어기(152)는 트랩(110)의 온도가 타겟온도가 될 수 있도록 타겟온도에 따라 PID 제어로 제어용 전압(전류)을 생성하여 실리콘 제어 정류 소자(155)로 보낼 수 있다. 제어용 전압(전류)은 타겟온도에 따라 0 내지 100% 사이로 생성될 수 있다.The
실리콘 제어 정류 소자(155)는 0 내지 100% 사이로 입력되는 제어용 전압(전류)에 대응하는 제1 전압(예를 들어, AC 0 내지 220V)을 생성하여 변압기(156)로 보낼 수 있다.The silicon controlled
변압기(156)는 실리콘 제어 정류 소자(155)로부터 입력되는 제1 전압을 저전압의 제2 전압(예를 들어, AC 0 내지 4V)으로 변압하고 전류를 증폭할 수 있다. 변압기(156)는 실리콘 제어 정류 소자(155)로부터 220V의 최대 전압이 입력되더라도 3V 내지 4V 이하의 저전압과 수십 A 수준의 전류를 생성하여 트랩(110)에 인가할 수 있다.The
변압기(156)의 제1 전극(양 전극)은 트랩(110)의 일단에 연결되어 있고, 변압기(156)의 제2 전극(음 전극)은 트랩(110)의 타단에 연결되어 있으며, 변압기(156)로부터 제공되는 전류가 트랩(10)으로 흐를 수 있다.The first electrode (positive electrode) of the
도 5에 예시한 바와 같이, 제어기(152)의 PID 제어로 출력되는 제어용 전압(전류)에 따라 실리콘 제어 정류 소자(155)의 출력은 0 내지 100%로 조절될 수 있고, 변압기(156)의 출력도 실리콘 제어 정류 소자(155)의 출력에 대응하여 0 내지 100%로 조절되어 트랩(110)의 온도(현재온도)가 타겟온도로 정밀하게 제어될 수 있다.As illustrated in FIG. 5, the output of the silicon controlled
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랩의 탈부착 기능을 나타낸다.Figure 6 shows the attachment and detachment function of a trap according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 스테인리스 관으로 이루어진 트랩(110)은 시스템의 구성에 따라 관의 모양이 다양한 형태로 제작될 수 있다. 도 6에서는 트랩(110)이 일 측면에서 봤을 때 90도 구부려진 형태로 제작된 경우를 예시하고 있다. 이러한 경우, 벨로우즈(115)가 트랩(110)의 가스 입구와 가스 출구의 일정 부분에 이중관으로 형성되고 벨로우즈(115)의 수축/확장으로 트랩(110)의 움직임(예를 들어, 90도 이상으로 구부려짐)을 허용함으로써 트랩(110)이 열전도 절연체(120)에 부착 및 탈착될 수 있다. Referring to FIG. 6, the
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. The drawings and detailed description of the invention described so far are merely illustrative of the present invention, and are used only for the purpose of explaining the present invention, and are not used to limit the meaning or scope of the present invention described in the claims. That is not the case. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100: 탈부착 트랩 장치
110: 트랩
115: 벨로우즈
120: 열전도 절연체
130: 열전도 기판
140: 냉각기
150: 온도 제어부
151: 온도 센서
152: 제어기
153: SSR 스위치
154: 전원 공급기
155: 실리콘 제어 정류 소자
156: 변압기
160: 진공 챔버의 일측 벽면100: Detachable trap device
110: trap
115: bellows
120: heat conduction insulator
130: heat conduction substrate
140: cooler
150: Temperature control unit
151: temperature sensor
152: controller
153: SSR switch
154: power supply
155: Silicon controlled rectifier element
156: transformer
160: One wall of the vacuum chamber
Claims (10)
상기 트랩과 접촉하여 상기 트랩의 냉각 및 절연 기능을 제공하는 열전도 절연체;
상기 열전도 절연체를 통해 상기 트랩의 열을 제거하는 냉각기; 및
상기 트랩에 전류를 인가하여 줄 히팅 방식으로 상기 트랩을 가열하는 온도 제어부를 포함하는 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치.Traps through which gases pass for the measurement of trace amounts of greenhouse gases;
a heat-conducting insulator that contacts the trap and provides cooling and insulating functions for the trap;
a cooler that removes heat from the trap through the heat conduction insulator; and
A detachable trap device for high-speed measurement of extremely trace amounts of greenhouse gases, including a temperature control unit that heats the trap by heating the trap by applying current to the trap.
상기 열전도 절연체는 세라믹 재질의 질화알루미늄으로 이루어진 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치.According to claim 1,
The heat conduction insulator is a detachable trap device for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases made of ceramic aluminum nitride.
상기 열전도 절연체에는 선 형태의 홈이 형성되어 있고, 상기 트랩이 상기 열전도 절연체의 홈에 탈부착되는 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치.According to claim 1,
A detachable trap device for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases in which a linear groove is formed in the heat-conducting insulator, and the trap is detachably attached to the groove of the heat-conducting insulator.
진공 챔버의 일측 벽면을 관통하는 상기 트랩의 일정 부분을 감싸서 이중관을 형성하고, 상기 트랩이 상기 열전도 절연체의 홈에 탈부착될 수 있도록 상기 트랩의 움직임을 허용하는 벨로우즈를 더 포함하는 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치.According to clause 3,
High-speed measurement of extremely trace amounts of greenhouse gases, forming a double pipe by wrapping a portion of the trap that penetrates one wall of the vacuum chamber, and further comprising a bellows that allows movement of the trap so that it can be attached and detached to the groove of the heat-conducting insulator. Detachable trap device for.
상기 열전도 절연체와 상기 냉각기 사이에 위치하여 상기 열전도 절연체와 상기 냉각기 간의 열전도 효율을 향상시키는 열전도 기판을 더 포함하는 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치.According to claims 1 to 4,
A detachable trap device for high-speed measurement of ultra-trace greenhouse gases, further comprising a heat-conducting substrate positioned between the heat-conducting insulator and the cooler to improve heat conduction efficiency between the heat-conducting insulator and the cooler.
상기 온도 제어부는,
상기 트랩의 온도를 측정하는 온도 센서;
상기 트랩의 일단에 제1 전극이 연결되어 상기 트랩으로 전류를 제공하는 전원 공급기;
상기 전원 공급기의 제2 전극과 상기 트랩의 타단 사이에 연결되어 있는 SSR 스위치; 및
상기 트랩의 온도가 타겟온도가 될 수 있도록 상기 SSR 스위치의 온 시간 및 오프 시간을 제어하는 제어기를 포함하는 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치.According to claim 1,
The temperature control unit,
a temperature sensor that measures the temperature of the trap;
a power supply having a first electrode connected to one end of the trap to provide current to the trap;
an SSR switch connected between a second electrode of the power supply and the other end of the trap; and
A detachable trap device for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases, including a controller that controls the on and off times of the SSR switch so that the temperature of the trap becomes the target temperature.
상기 온도 제어부는,
상기 트랩의 온도를 측정하는 온도 센서;
상기 트랩의 온도가 타겟온도가 될 수 있도록 제어용 전압을 생성하는 제어기;
상기 제어용 전압에 대응하는 제1 전압을 생성하는 실리콘 제어 정류 소자; 및
상기 실리콘 제어 정류 소자로부터 입력되는 제1 전압을 저전압의 제2 전압으로 변압하고 전류를 증폭하여 상기 트랩에 인가하는 변압기를 포함하는 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치.According to claim 1,
The temperature control unit,
a temperature sensor that measures the temperature of the trap;
a controller that generates a control voltage so that the temperature of the trap becomes the target temperature;
a silicon controlled rectifier that generates a first voltage corresponding to the control voltage; and
A detachable trap device for high-speed measurement of ultra-trace greenhouse gases, including a transformer that transforms the first voltage input from the silicon controlled rectifier into a low voltage second voltage, amplifies the current, and applies it to the trap.
상기 트랩의 온도를 측정하는 온도 센서;
상기 트랩의 일단에 제1 전극이 연결되어 상기 트랩으로 전류를 제공하는 전원 공급기;
상기 전원 공급기의 제2 전극과 상기 트랩의 타단 사이에 연결되어 있는 SSR 스위치; 및
상기 트랩의 온도가 타겟온도가 될 수 있도록 상기 SSR 스위치의 온 시간 및 오프 시간을 제어하는 제어기를 포함하는 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치.Traps through which gases pass for the measurement of trace amounts of greenhouse gases;
a temperature sensor that measures the temperature of the trap;
a power supply having a first electrode connected to one end of the trap to provide current to the trap;
an SSR switch connected between a second electrode of the power supply and the other end of the trap; and
A detachable trap device for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases, including a controller that controls the on and off times of the SSR switch so that the temperature of the trap becomes the target temperature.
상기 트랩의 온도를 측정하는 온도 센서;
상기 트랩의 온도가 타겟온도가 될 수 있도록 제어용 전압을 생성하는 제어기;
상기 제어용 전압에 대응하는 제1 전압을 생성하는 실리콘 제어 정류 소자; 및
상기 실리콘 제어 정류 소자로부터 입력되는 제1 전압을 저전압의 제2 전압으로 변압하고 전류를 증폭하여 상기 트랩에 인가하는 변압기를 포함하는 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치.Traps through which gases pass for the measurement of trace amounts of greenhouse gases;
a temperature sensor that measures the temperature of the trap;
a controller that generates a control voltage so that the temperature of the trap becomes the target temperature;
a silicon controlled rectifier that generates a first voltage corresponding to the control voltage; and
A detachable trap device for high-speed measurement of ultra-trace greenhouse gases, including a transformer that transforms the first voltage input from the silicon controlled rectifier into a low-voltage second voltage, amplifies the current, and applies it to the trap.
상기 트랩이 탈부착될 수 있는 선 형태의 홈이 형성되어 있고, 상기 트랩의 냉각 및 절연 기능을 제공하는 열전도 절연체; 및
진공 챔버의 일측 벽면을 관통하는 상기 트랩의 일정 부분을 감싸서 이중관을 형성하고, 상기 트랩이 상기 열전도 절연체의 홈에 탈부착될 수 있도록 상기 트랩의 움직임을 허용하는 벨로우즈를 포함하는 극미량 온실가스 고속 측정을 위한 탈부착 트랩 장치.A trap in the form of a stainless steel tube through which gas passes for the measurement of trace amounts of greenhouse gases;
a heat-conducting insulator having a linear groove through which the trap can be attached and detached, and providing cooling and insulating functions for the trap; and
A double tube is formed by wrapping a portion of the trap that penetrates one wall of the vacuum chamber, and a bellows is included to allow movement of the trap so that it can be attached and detached to the groove of the heat-conducting insulator for high-speed measurement of trace amounts of greenhouse gases. Detachable trap device for.
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