KR101722103B1 - 가스 탐지기 장치 - Google Patents
가스 탐지기 장치Info
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Abstract
본 발명은 가스들의 존재를 탐지하는 장치 및 방법들이 개시한다. 가스 탐지 장치(10, 510)는 입자 탐지 시스템(500)의 도관(504)과 유체로 내왕하도록 설계된 하우징(30), 및 도관(504) 내로 흐르는 공기 표본의 적어도 일부 내의 타겟 종의 존재를 탐지하기 위해 하우징(30)과 유체로 내왕하도록 배치되고 타겟 종에 민감한 적어도 하나의 가스 탐지기(42, 43)를 포함한다. 일 실시예에서, 가스 탐지 장치(10, 510)는 입자 탐지기(502), 주위 환경 및 입자 탐지기(502)와 유체로 내왕하는 도관 시스템(504) 및 주위 환경으로부터 입자 탐지기(502)로 공기 표본 흐름(72)을 끌어당기기 위한 흡인기(518)를 포함하는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템(700)의 일부를 형성한다.
Description
본 발명은 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 가스들의 존재를 탐지하는 장치 및 방법들에 관한 것이다. 바람직하게는, 본 발명은 가스 누출 또는 화재와 같은 위험을 암시하는 가스들을 탐지하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
가스 탐지기들은 가스들 또는 다른 휘발성 성분들의 존재를 탐지하고 그 농도를 측정하기 위해 사용된다. 다른 사용들 중에서, 가스 탐지기들은, 예를 들어,
(i) 유독성 가스(예를 들어, (a) 밀폐된 공간 내로 방출된 암모니아, (b) 연소로들, 가스 탕비기들, 가스 스토브들, 가스 드라이어들, 제습 히터들, 숯 그릴들, 벽난로들, (주차장 내의 축적을 포함하는) 차량들 및 잔디 깎는 기계와 같은 제어된 연소로부터 생산된 이산화탄소(carbon dioxide) 또는 일산화탄소(carbon monoxide), 및 (c) 산업 제조 공장으로부터 사고로 방출된 아이소시안화메틸(methyl isocyanate));
(ii) (화재를 방지하려는 노력으로) 가연성 가스 누출, 또는 가연성 가스 축적(예를 들어, 하수 시스템들 내의 메탄); 및/또는
(iii) 임박한 불(즉, 불완전 연소 또는 용융 물질들) 또는 미리 존재하는 불(즉, 타는 물질들) 또는 불의 성질(예를 들어, 타고있는 물질의 유형)을 나타내는 가스 또는 휘발성 성분의 존재를 탐지하기 위해서 모니터링 시스템 내에 사용될 수 있다.
본 명세서에서, 이해를 돕기 위해 가스 탐지기가 대부분 후자(즉, 바람직하지 않은 화재의 방지 및 탐지)에 관하여 설명될 것이지만, 이것이 본 발명의 범위를 제한해서는 안된다. 명확히, 가스 탐지기는 다른 상황들에서도 유용하다.
본 명세서 내에 어떠한 종래 기술에 대한 참조도 없으며, 본 종래 기술이 호주 또는 어떠한 다른 관할 구역 내의 통상의 일반적인 지식의 일부를 형성하거나, 본 종래 기술이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가지 자들에 의해서 관련 있는 것으로 확인되고, 이해되며, 간주될 것으로 합리적으로 기대될 수 있다는 지식 또는 어떠한 형태의 제안으로서도 받아들여서는 안된다.
개량된 가스 탐지 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 일부 양태들에서, 본 발명은 연기 탐지기를 포함하거나 연기 탐지기와 함께 사용될 수 있는 개량된 가스 탐지기 장치를 제공하고자 하는 것이다. 일부 양태들에서, 본 발명은 연관된 채집 파이프 망을 가진 흡인 연기 탐지기와 같은 공기채집 오염 모니터링 장비와 함께 사용될 수 있는 개량된 가스 탐지기 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양태에서, 공기 표본이 흐르는 도관 및 도관 내로 흐르는 공기 표본의 적어도 일부를 분석하기 위한 입자 탐지기를 포함하는 형태의 공기채집 입자 탐지 시스템과 함께 사용하기 위한 가스 탐지 장치로서, 입자 탐지 시스템의 도관과 유체로 내왕하도록 설계된 하우징, 및 도관 내로 흐르는 공기 표본의 적어도 일부 내의 타겟 종의 존재를 탐지하기 위해 하우징과 유체로 내왕하도록 배치되고 타겟 종에 대해 민감한 적어도 하나의 가스 탐지기를 포함하는 가스 탐지 장치가 제공된다.
바람직하게는, 가스 탐지 장치의 하우징은 사용 시에 입자 탐지 시스템의 도관 내에 끼워지도록 형성된 도관부를 포함한다. 유리하게는, 이것은 입자 탐지의 기존 채집 도관에 가스 탐지 장치를 새로 장착하는 것을 허락한다.
가스 탐지 장치는 가스 탐지 장치에 의한 분석을 위해 입자 탐지 시스템의 도관 또는 하우징의 도관부 내로 흐르는 공기 표본으로부터 부표본을 끌어당기도록 배치된 유입구 포트; 공기의 부표본을 배출하도록 배치된 배출구 포트; 유입구 포트에서 배출구 포트까지 연장하는 흐름 경로; 및 부표본 내의 타겟 종의 존재를 탐지하기 위해 흐름 경로와 유체로 내왕하도록 배치되고 타겟 종에 대해서 민감한 적어도 하나의 가스 탐지기를 더 포함한다.
감지 장치는: 흐름 경로를 구획하는 표본 통로; 테스트 영역; 표본 내의 타겟 종이 막을 통과하고 테스트 영역 내로 갈 수 있도록 표본 통로와 테스트 영역 사이에 유체 전달을 제공하는 적어도 하나의 막을 더 포함한다. 이 경우에, 표본 통로는 표본 가스의 적어도 일부를 막을 향하여 안내하기 위한 흐름 제어 구조를 포함할 수 있다.
유리하게는, 흐름 제어 구조는 표본 통로 내의 만곡부를 구획할 수 있고, 막은 만곡부의 외측 부분에 위치될 수 있다.
흐름 제어 구조는,
(i) 표본 통로의 좁히기;
(ii) 표본 통로의 벽을 구획하는 표면으로부터의 둥근 돌출부;
(iii) 표본 통로를 구획하는 표면 중 적어도 하나로부터 표본 통로 내로 연장하는 칸막이; 및
(iv) 표본 흐름을 차단하는 표본 통로 내의 물체 중 하나 이상을 포함할 수있다.
바람직하게는, 유입구 포트는 공기 표본으로부터 표본 통로 내로 부표본을 안내하기 위해 입자 탐지 시스템의 도관 또는 하우징의 도관부 내로 연장하는 흐름 안내 요소를 포함한다. 가장 바람직하게는, 흐름 안내 요소는 오목하게 형성된다.
또한, 바람직하게는, 배출구 포트는 부표본이 입자 탐지 시스템의 도관 내의 공기 표본 흐름으로 되돌아오도록 도관과 유체로 내왕한다.
바람직한 형태에서, 유입구 포트와 배출구 포트 사이의 도관 내의 압력 강하가 흐름 경로를 통해 공기를 끌어당기도록, 유입구 포트 및 배출구 포트가 도관 내의 기류 내에 위치된다.
가스 탐지 장치는 유입구 포트 내로 공기를 끌어당기기 위한 수단을 더 포함할 수 있고, 예를 들어, 팬 또는 펌프가 제공될 수 있다.
가스 탐지 장치는 테스트 영역으로 교정 가스를 제공하도록 형성된 보조 가스 유입구를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 보조 가스 유입구에 의해서 테스트 영역으로 제공된 가스는 테스트 영역으로부터 하나 이상의 연관된 막들을 통하여 흐름 경로 내로 보내진다.
일부 실시예들에서, 가스 탐지 장치는 흐름 경로 내의 입자들의 존재를 탐지하도록 배치된 입자 탐지 장치를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 입자 탐지 장치는 케이스 탐지 디바이스의 기류 경로를 가로지르는 광빔을 전송하도록 배치된 네펠로미터가 된다.
바람직한 실시예에서, 가스 탐지 장치의 흐름 경로는 입자 필터를 포함하지 않는다.
가스 탐지 장치의 일부 실시예들은 방폭 하우징; 하나 이상의 플레임 어레스터들; 본질 안전 전기 회로(intrinsically safe electrical circuitry) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 가스 탐지 장치의 일부 실시예들은 본질적으로 안전하게 될 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 입자 탐지기; 주위 환경 및 입자 탐지기와 유체로 내왕하는 도관 시스템; 주위 환경으로부터 입자 탐지기로 공기 표본 흐름의 추출을 만들기 위한 흡인기; 및 여기 설명된 형태의 적어도 하나의 가스 탐지 장치를 포함하는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템을 제공한다.
가장 바람직하게는, 그러한 가스 탐지 장치는 전용 모듈(dedicated module)을 형성한다. 바람직하게는, 전용 모듈은 입자 탐지 시스템의 도관 시스템의 일부로서 배치하도록 설계된다. 가장 바람직하게는, 가스 탐지 장치는 입자 탐지기의 상류의 도관 시스템 상에 배치된다.
바람직한 형태에서, 가스 탐지 장치는 입자 탐지기로 공기 표본의 도입 이전에 공기 표본으로부터 부표본을 추출하도록 배치될 수 있다. 또한, 가스 탐지 장치는 부표본을 대기로 배출하기보다, 도관 시스템으로 부표본을 되돌리도록 배치될 수 있다. 가스 탐지 시스템이 입자 탐지기의 상류에 위치되는 경우에, 이러한 접근은 공기채집 도관 내의 압력 손실을 유리하게 최소화하고 또한 가스 탐지 장치에 의해 잠재적으로 야기되는 이송 시간 지연을 최소화할 수 있다.
선택적으로, 가스 탐지 장치는 공기 표본이 입자 탐지기로부터 배출된 후에 공기 표본으로부터 부표본을 추출하도록 배치된다.
바람직하게는, 도관 시스템은 도관을 따라 연속으로 배치된 복수의 공기 표본 유입구들을 포함하는 적어도 하나의 공기채집 파이프를 포함하고, 상기 가스 탐지 장치는 적어도 두 개의 공기 표본 유입구들의 공기채집 파이프 하류로부터 부표본을 추출하도록 배치되고, 가스 탐지 장치의 공기채집 파이프 상류 상의 복수의 표본 유입구들의 희석 효과를 반영하는 희석 요소로 교정된다.
일부 실시예들에서, 상기 시스템은 적어도 두 개의 가스 탐지 장치를 포함한다. 이 경우에, 각각의 가스 탐지 장치는 각각의 위치에서 공기채집 파이프로부터 부표본을 추출하도록 배치될 수 있고, 가스 탐지 장치의 각각의 위치의 공기채집 파이프 상류의 표본 유입구들의 희석 효과를 반영하여 대응하는 희석 요소로 교정될 수 있다.
도관 시스템이 외부 환경의 각 부분들로부터 공기 표본들을 끌어당기도록 배치된 적어도 두 개의 표본 유입구들을 포함하는 시스템에서, 상기 시스템은 각각의 공기 표본 유입구에 근접한 외부 환경의 부분에서 탐지될 적어도 하나의 타겟 종에 민감한 적어도 두 개의 가스 탐지 장치들을 더 포함할 수 있다.
상기 시스템들에서, 적어도 두 개의 가스 탐지 장치들은, 동일하지 않은 가스 표본 유입구들의 대응하는 집합으로부터 추출된 공기 표본 흐름을 포함하는 도관으로부터 부표본을 각각 끌어당길 수 있는 도관 시스템에 대해서 배치될 수 있다. 이 경우에, 하나의 가스 탐지 장치에 대응하는 공기 표본 유입구들의 집합은 다른 입자 탐지 장치의 공기 표본 유입구들의 집합에 대해 적어도 하나의 공기 표본 유입구만큼 다를 수 있다. 하나의 가스 탐지 장치에 대응하는 공기 표본 유입구들의 집합은 다른 입자 탐지 장치에 대응하는 공기 표본 유입구들의 집합의 일부를 형성하는 어떠한 공기 표본 유입구들도 포함하지 않을 수 있다.
다중 가스 탐지 장치들을 가진 예시적인 시스템들에서, 적어도 두 개의 가스 탐지 장치들은 적어도 하나의 다른 타겟 종에 민감할 수 있다.
일부 실시예들에서, 가스 탐지 장치는 본질적으로 안전할 수 있다. 또한, 입자 탐지기 또는 시스템의 어떠한 (가능한 모든) 구성요소라도 본질적으로 안전할 수 있다.
상기 시스템은 본질적으로 안전한 입자 탐지기 또는 본질적으로 안전한 가스 감지 장치 또는 시스템의 어떠한 다른 구성요소 중 하나 또는 모두에 전력을 제공하기 위한 베리어 디바이스(barrier device)를 포함할 수 있다.
발명자들은, 막에 의해 가스 표본 영역으로부터 분리된 탐지기 테스트 영역을 포함하는 가스 탐지기 장치에서, 막을 향하여 추출되는 가스의 적어도 일부를 안내하기 위한 흐름 제어 구조의 포함은 가스 탐지 장치를 개선한다는 것을 발견했다. 따라서, 본 발명의 다른 양태에서는, 벌크 가스 내의 타겟 종의 존재를 탐지하는 가스 탐지기 장치가 제공되고, 가스 탐지기 장치는,
- 표본 유입구;
- 벌크 가스의 적어도 일부인 표본 가스가 표본 유입구로부터 흐르는 표본 통로;
- 테스트 영역;
- 표본 가스 내의 타겟 종이 막을 통과하고 테스트 영역 내로 지나갈 수 있도록, 표본 통로와 테스트 영역 사이의 유체 전달을 제공하는 적어도 하나의 막; 및
- 테스트 영역과 유체로 내왕하고 타겟 종에 민감한 적어도 하나의 가스 탐지기를 포함하며,
표본 통로는 표본 가스의 적어도 일부를 막을 향해 안내하기 위한 표본 제어 구조를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서는, 가스 탐지 장치 내의 벌크 가스 안에 타겟 종의 존재를 탐지하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은,
- 벌크 가스의 적어도 일부인 표본 가스를 표본 유입구를 통해 그리고 표본 통로 내로 끌어 당기는 단계;
- 표본 통로와 테스트 영역 사이에 유체 전달을 제공하는 적어도 하나의 막을 통해 적어도 하나의 타겟 종이 테스트 영역 내로 지나가도록 하는 단계; 및
테스트 영역과 유체로 내왕하는 적어도 하나의 가스 탐지기를 사용하여 테스트 영역 내의 타겟 종의 존재를 테스트하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 표본 통로 내의 흐름 제어 구조에 의해 표본 가스의 적어도 일부를 막을 향하여 안내하는 단계를 포함한다.
표본 통로 내로 흐르는 표본 가스는 적어도 제 1 흐름 방향(즉, 제 1 순 방향(net direction))을 구비할 것이다. 더욱 논의될 것과 같이, 일부 실시예들에서, 흐름 제어 구조는 표본 통로 내로 흐르는 표본 가스가 적어도 제 2 흐름 방향을 구비하게 할 것이다. 이러한 제 2 흐름 방향은 표본 가스 흐름의 단지 일부, 표본 가스 흐름의 상당한 부분, 또는 본질적으로 모든 표본 가스 흐름(즉, 제 2 순 방향)을 인용할 수 있다.
흐름 제어 구조는 (별개의 구조가 아닌) 표본 통로를 구획하는 표면(들)이 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 표본 통로는 표본 가스가 제 1 흐름 방향에서 제 2 흐름 방향으로 순 흐름 방향을 바꾸도록 형성되고, 이러한 실시예들에서, 막은, 제 1 흐름 방향이 막을 향하여 안내되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 흐름 제어 구조는 굴곡부 또는 만곡부의 외측에 배치된 막으로 파이프 내의 굴곡부 또는 만곡부를 구획할 수 있다.
다른 실시예들에서, 제 1 흐름 방향은 막을 향하지 않는다. 이러한 실시예들에서, 표본 통로는 흐름 제어 구조로서 디플렉터(deflector)를 포함하고, 표본 통로의 단면 윤곽은 그것의 길이를 따라서 변한다. 디플렉터는 표본 통로를 구획하는 표면(들)과 (i) 통합되거나, 표면(들)에 (ii) 부착되거나, 또는 표면(들)로부터 (iii) 분리될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 표본 통로를 구획하는 표면(들)은 표본 가스가 제 1 흐름 방향을 구비하도록 하면서, 디플렉터는 표본 가스의 적어도 일부가 막을 향하는 적어도 제 2 흐름 방향을 구비하기 위해 전향되도록 한다. 디플렉터는 전향된 표본 가스의 적어도 일부가 막과 통하도록 필연적으로 막에 근접한다.
바람직하게는, 디플렉터는 제 2 흐름 방향이 막을 향하도록 정렬된 표면 또는 물체이다. 이러한 실시예들에서, 디플렉터는 막에 대해서 각이 진다(즉, 표본 통로 내에 있는 막의 표면에 평행하지 않는다). 바람직하게는, 디플렉터는 막으로부터 멀어지는 것보다 막을 향하여 기울어진다. 예를 들어, 디플렉터는 (i) 표본 통로를 구획하는 표면(들)의 완만하거나 급격한 좁히기/수축 또는 (ii) 표본 통로를 구획하는 표면으로부터 나온 둥근 돌출부((i) 및 (ii)는 통합된 디플렉터들의 예들이다), (iii) (부착된 디플렉터의 예로서) 표본 통로를 구획하는 표면(들) 중 적어도 하나로부터 연장하는 평평하거나 만곡된 칸막이, 또는 (iv) (표본 통로를 구획하는 표면(들)로부터 분리된 디플렉터의 예로서) 표본 통로 내에 있지만 표본 통로를 구획하는 표면(들)에 연결되지 않으며, 표본 흐름을 방해하는 (비드(bead)와 같은) 물체가 될 수 있다.
바람직하게는, 디플렉터는 표본 가스가 막을 지나서 흐르는 체적이 감소되도록 표본 통로를 좁히는 표면이다. 이론에 얽매이기를 바라지 않지만, 이러한 좁히기는 증가된 속도를 야기하고, 그 영역 내의 표본 가스 흐름의 난류 성질에서 증가를 야기하는 것으로도 여겨진다. 증가된 난류(또는 속도)에는 표본 통로를 구획하는 표면(들) 및 막을 향하는 표본 가스 분자들의 운동량속(momentum flux)/대류가 수반된다. 즉, 수축으로 들어가기 전에 제 1 흐름 방향으로 흐르는 표본 가스 분자들의 양은 좁히기에 의해서 막을 향하여 제 2 흐름 방향으로 흐르도록 야기될 것이다(그러나, 이러한 양은 제 1 흐름 방향으로 흐르도록 남아 있는 표본 가스 분자들의 양에 비해 작을 것이다). 막을 향하여 안내되는 표본 가스 분자들의 양 및 속도의 이러한 증가는 (a) 막을 통해 테스트 영역으로 가는 표본 가스 분자들의 더 높은 수 및 (b) 막을 통한 그리고 테스트 영역 내로의 표본 가스 분자들의 더 빠른 확산을 초래하는 것으로 믿어진다. 이러한 요소들 각각은 더 낮은 활성 한계(activation threshold)(즉, 더 조금 진행된 화재가 탐지될 수 있다) 및 더 빠른 반응 시간(즉, 가스 탐지기 장치 내의 고유의 느림에 기인한 경보 지체 시간)을 구비하는 것에 의해서 바람직하지 않은 화재를 더 빨리 탐지할 수 있는 가스 탐지 장치로 이어진다.
난류를 증가시켜서 더 많은 표본 가스 분자를 막을 향해 안내하기 위해 표본 통로를 좁히는 것뿐만 아니라, 디플렉터가 더욱 명확하게 막을 향하는 표본 가스 흐름을 목적으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 바람직하게는, 디플렉터는 제 1 흐름 방향으로 원래 흐르는 표본 가스 분자들의 상당한 부분이 막을 향하는 제 2 흐름 방향을 구비하기 위해 전향되도록 한다. 예를 들어, 디플렉터는 표본 통로를 구획하는 표면(들)로부터 연장하는 평평하거나 만곡된 표면, 또는, 표본 가스에 방해를 초래하도록 표본 가스의 제 1 흐름 방향 및 막을 향한 제 2 흐름 방향을 가로질러서 위치된 직사각형 프리즘, 삼각형 프리즘 또는 반원통과 같은 분리된 물체가 될 수 있다. 즉, 표본 가스 분자들의 흐름은 디플렉터에 의해서 전향(deflected)/전용(redirected)/동요(perturbed)/방해(disrupted)되고, 막을 향해 흐르도록 강요된다.
또한, 본 발명의 가스 탐지기 장치는 표본 통로와 유체로 내왕하는 표본 유입구를 포함한다. 또한, 표본 유입구는 벌크 가스와 반드시 유체로 내왕한다. 바람직하게는, 표본 유입구는 벌크 가스 도관 내의 벌크 가스의 흐름 내에 위치할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 표본 유입구는 벌크 가스의 흐름을 표본 통로 내로 안내하도록 설계된다. 바람직하게는, 이것은 (벌크 가스의 흐름의 방향에 대해서) 오목하게 형성된 표본 유입구에 의해서 달성된다. 예를 들어, 표본 유입구는 스쿠프(scoop)형이다. 벌크 가스에 대한 일반적인 유동률은 대략 120L/min까지이다. 대안적으로 벌크 가스는 표본 유입구 내로 제공될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 표본 유입구 내로 벌크 가스를 안내하기 위해서 펌프/팬/송풍기(blower)가 제공될 수 있다. 어떤 경우에라도, 표본 통로 내의 표본 가스를 위한 바람직한 유동률은 대략 1L/min 내지 대략 5L/min 인 범위이다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 가스 탐지 장치는 표본 통로와 유체로 내왕하는 표본 배출구를 포함한다. 표본 배출구는 표본 유입구와 동일한 독립체가 될 수 있으나, 바람직하게는 다르다. 더욱 바람직하게는, 표본 배출구는, 가스 탐지 장치를 통해 지나간 표본 가스가 원래의 표본 가스의 원래 근원으로 되돌아올 수 있도록 벌크 가스와 유체로 내왕한다. 이 경우에, 표본 배출구는 벌크 가스의 흐름 내로 표본 가스를 안내하도록 설계된다.
(먼지와 같은) 방해 요소들을 여과하고 표본 가스/타겟 종의 희석을 허락하기 위해 가스 탐지기들 내에 막들이 종종 사용된다. 막들은 본 기술분야에서 공지되어 있는 것과 같은 어떠한 적절한 재료로 만들어진다. 예를 들어, 막은 (코어텍스(Gore-tex)와 같은) 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetraflourethylene) 또는 지텍스(Zitex)가 될 수 있다. 바람직하게는, 막은 고어텍스이다. 막은 표본 가스 및 타겟 종이 테스트 영역 및 가스 탐지기를 통해 지나가도록 한다. 막의 치수는 (테스트 가스 내의 표본 가스 및 타겟 종의 집중이 상기 검출 한계가 되도록) 통과하는 표본 가스 및 타겟 종의 충분한 양을 허락하고, (예를 들어, 바람직하지 않은 화재 사건의 탐지에서 빠르게 적용하기 위해) 용인할 수 있는 시간 내의 표본 가스 및 타겟 종의 흐름을 허락할 수 있는 임의의 크기일 수 있다. 바람직하게는, 막을 통해 지나갈 수 있는 표본 가스 및 타겟 종의 양은 탐지기 포화점보다 상당히 아래에 있어서, 가스 탐지기 교체는 덜 자주 요구된다. 바람직한 특성들은 대략 4미크론 내지 대략 20미크론의 공극 크기들(pore sizes), 및 대략 0.28mm 내지 대략 0.56mm의 막 두께이나, 본 발명이 이러한 특징에 의해 한정되어서는 안된다. 하나 이상의 막이 있을 수 있다.
가스 탐지 장치의 테스트 영역은 테스트 가스, 즉, 탐지기(들)과 직접 접하고 있는 가스를 함유한다. 가스 탐지기 장치의 정상 작동 동안에, 테스트 가스는 표본 통로로부터 막을 통해 지나간 표본 가스가 될 것이다. 그러나, 교정의 목적들을 위해서, 테스트 가스는 (본 기술분야에서 공지된 것과 같은) 교정 가스가 될 것이다. 교정 가스는 테스트 영역 내의 모든 표본 가스가 막(들)을 통해 표본 도관 내로 되돌아 밀려나오도록 테스트 영역 내에 주입될 것이고, 이러한 과정은(i) 어떠한 잔해의 막을 청소하기 위한 막의 백플러싱(back-fluching) 및 (ii) (테스트 가스가 교정 가스인 경우) 탐지기의 교정을 위해 제공된다. 백플러싱 및 교정은 프로그램에 의해 간헐적으로 또는 작동 상태들에 자동으로 대응하도록 사용자에 의해 제어될 수 있다. 통상의 지식을 가진 자는 백플러싱이 요구되고 교정이 수행되어야 하는 빈도를 이해할 것이다.
하나 이상의 가스 탐지기 및/또는 탐지기의 유형이 있을 수 있다. 바람직하게는, 두 개의 가스 탐지기들이 있다. 각각의 가스 탐지기는 자신의 연관된 디플렉터 및/또는 막을 가지거나, 공통의 디플렉터 및/또는 막을 공유할 수 있다.
반응 시간들 및 검출 한계들을 최대화하기 위해서, 바람직하게는, 가스 탐지기는 막에 근접하게 배치된다. 유사하게, 디플렉터는 바람직하게 막에 근접하게 배치된다.
가스 탐지기 장치는 흡인 연기 탐지기와 같은 본 기술분야에서 공지된 어떠한 형태의 입자 탐지기와도 연결되어 작동될 수 있다. 대안적으로, 입자 탐지기는 본 발명의 가스 탐지기 장치 내에 포함될 수 있다. 어떠한 경우에, 바람직하게는, 연기 및 가스 탐지기는 채집 파이프 망과 같은 공기채집 오염 모니터링 설비를 통해 획득된 벌크 가스에 접근할 수 있다. 그러한 경우에, 벌크 가스는 표본 유입구로 들어가기 이전에 입자성 물질을 위해 미리 여과될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 양태에서는, 공기 체적 내의 비정상 상태를 탐지하기 위한 감지 시스템이 제공되고, 상기 감지 시스템은 공기 체적과 내왕하는 입자 탐지 단계 및 가스 탐지 단계를 포함한다. 바람직하게는, 가스 탐지 단계는 여기에 설명된 형태가 된다. 바람직하게는, 입자 탐지 단계는 예를 들어, Xtralis Pty Ltd.에 의해 제공된 VESDA 입자 탐지기와 같은 광전식 연기 탐지기(optical smoke detector)를 포함한다. 바람직하게는, 감지 시스템은 공기채집 망에 의해 공기 체적과 유체로 내왕하도록 유지된다.
본 발명에 따르면, 개량된 가스 탐지 장치를 제공할 수 있다. 또한, 일부 양태들에서, 본 발명은 연기 탐지기를 포함하거나 연기 탐지기와 함께 사용될 수 있는 개량된 가스 탐지기 장치를 제공한다. 또한, 일부 양태들에서, 본 발명은 연관된 채집 파이프 망을 가진 흡인 연기 탐지기와 같은 공기채집 오염 모니터링 장비와 함께 사용될 수 있는 개량된 가스 탐지기 장치를 제공한다.
이제, 본 발명의 예시적이 실시형태들이 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 실시예로서 설명될 것이다.
도 1은 벌크 가스 도관에 배치된 가스 탐지기 장치를 나타내는 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 2는 가스 탐지기, 막들 및 흐름 제어 구조들의 내부 배치를 나타내는 도 1의 실시예를 통한 단면도를 도시한다.
도 3은 가스 탐지기, 막들 및 흐름 제어 구조의 내부 배치를 나타내는 가스 탐지기 장치의 제 2 실시예를 통한 사시 단면도를 도시한다.
도 4는 종래의 공기채집 오염 모니터링 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가스 탐지 장치로 증대된 공기채집 오염 모니터링 시스템의 제 1 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가스 탐지 장치로 증대된 공기채집 오염 모니터링 시스템의 제 2 실시예를 도시한다.
도 7은 가열, 통풍 및 공조(HVAC) 시스템의 도관에 설치된 본 발명의 실시예에 따른 가스 탐지 장치를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 가스 탐지 장치의 분리된 흡인(aspirated) 실시예를 도시한다.
도 9는 복수의 가스 탐지 장치들을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 공기채집 오염 모니터링 시스템의 다른 실시예를 도시한다.
도 10은 복수의 가스 탐지 장치를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 공기채집 오염 모니터링 시스템의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 1은 벌크 가스 도관에 배치된 가스 탐지기 장치를 나타내는 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 2는 가스 탐지기, 막들 및 흐름 제어 구조들의 내부 배치를 나타내는 도 1의 실시예를 통한 단면도를 도시한다.
도 3은 가스 탐지기, 막들 및 흐름 제어 구조의 내부 배치를 나타내는 가스 탐지기 장치의 제 2 실시예를 통한 사시 단면도를 도시한다.
도 4는 종래의 공기채집 오염 모니터링 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가스 탐지 장치로 증대된 공기채집 오염 모니터링 시스템의 제 1 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가스 탐지 장치로 증대된 공기채집 오염 모니터링 시스템의 제 2 실시예를 도시한다.
도 7은 가열, 통풍 및 공조(HVAC) 시스템의 도관에 설치된 본 발명의 실시예에 따른 가스 탐지 장치를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 가스 탐지 장치의 분리된 흡인(aspirated) 실시예를 도시한다.
도 9는 복수의 가스 탐지 장치들을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 공기채집 오염 모니터링 시스템의 다른 실시예를 도시한다.
도 10은 복수의 가스 탐지 장치를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 공기채집 오염 모니터링 시스템의 또 다른 실시예를 도시한다.
이하, 본 바람직한 실시예들의 상세한 설명을 참조하여 본 발명이 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 가스 탐지기 장치(10)의 외관을 나타낸다. 가스 탐지기 장치(10)는 하부의 주 하우징(30) 및 뚜껑부(20)를 구비한다. 주 하우징(30)의 하단은 벌크 가스가 수용될 수 있는 도관(70)을 구획한다. 사용 시에, 벌크 가스 도관(70)은 흡인 입자 탐지 시스템의 채집 망(sempling network)의 파이프 형성부, 입자 탐지기의 유입구 또는 배기관, HVAC 시스템의 도관과 유체로 내왕하는 가스 전달 기구 또는 다른 공기 공급원과 같은 벌크 가스원에 연결되거나, 목표 종(target species)을 위해 탐지된 공기의 부피와 유체로 내왕하도록 간단히 배치될 수 있다.
벌크 가스가 도관(70) 내로 도입되어서, 가스 탐지기 장치(10) 내의 가스 탐지기(들)는 벌크 가스 또는 그것으로부터 추출된 부표본 내의 하나 이상의 목표 종의 수준을 감지할 수 있다. 장치(10) 내에 수용된 가스 탐지기들의 교정을 위해 그리고 장치(10)의 필터 막들을 백 플러싱(back flushing)하기 위해 테스트 또는 교정(calibration) 가스 테스트 영역(62) 내로 주입될 수 있다.
상기 시스템은 화재 경보기 시스템, 건물 감시, HVAC 등과 같은 다른 시스템들과 연결할 수 있는 USB, 이더넷(Ethernet)과 같은 통신 인터페이스를 포함할 수 있는 것으로 이해될 것이다.
도 2는 (이후 설명될 것과 같은) 더 많은 내부 상세부분을 나타내고 벌크 가스 도관(70)과 상호작용을 더 설명하는 개략적인 단면도를 나타낸다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 가스 탐지기 장치(10)는 이하의 주 구성요소들을 포함한다:
- 탐지기의 구성요소들이 수용되는 내부 격실(31)을 구획하는 주 하우징(30). 제 1 단부에서 하우징(30)은 사용 시에 벌크 가스가 흐르는 도관(70)을 구획한다. 설치하는 동안에 이러한 도관은 공기 전달 시스템의 다른 파이프 또는 도관에 연결될 수 있거나, 공기 전달 시스템의 일부가 될 수도 있다.
- 주 하우징(30)의 상부를 덮는 뚜껑(20); 뚜껑(20)은 하우징(30)의 상부를 닫고, 가스 탐지 장치(10)의 구성요소들이 필요에 따라서 제공되거나, 대체되거나 또는 교환될 수 있도록 하우징(30)으로부터 제거될 수 있다.
- 도관(70) 내로 연장하고, 탐지기 장치 내에 구획된 표본 통로(56) 내로 표본 흐름을 안내하기 위한 스쿠프형 구조(표본 유입구(54))를 제공하는 중앙 인서트(50). 중앙 인서트(50)의 하류 측은 분석 후에 도관(70) 내로 돌아서 공기 표본을 배출하기 위해 도관(70) 배출구 포트(표본 배출구(55))를 구획한다. 중앙 인서트에 의해 형성된 유입구 및 배출구를 가로지르는 압력 강하 및 도관(70) 내로 인서트의 돌출부는 부가적인 팬 없이 표본 통로(56)를 통해 공기를 끌어당기기에 충분하다.
또한, 중앙 인서트(50)는 표본이 흐르는 표본 통로의 내부 벽의 적어도 일부를 구획하고, 통로(56) 내에 바람직한 공기 흐름 특성을 설정하기 위해 본 실시예에서는 디플렉터들(52, 53)과 같은 흐름 제어 구조들을 제공한다.
중앙 인서트(50)는 청소 또는 교체를 위해 장치(10)로부터 제거될 수 있고, (어떠한 벌크 가스 도관(70)도 존재하지 않는 경우에는) 아래로부터 또는 (탐지기 카트리지(40)가 없는 경우에는) 위로부터 주 하우징(30) 내로 바람직하게 삽입될 수 있다.
- 통로 구획 인서트(51). 통로 구획 인서트(51)는 주 하우징(30) 내의 오목부 내에 제거 가능하게 설치되고, 표본 통로(56)를 구획하기 위해 중앙 인서트(50)와 협력한다. 통로 인서트(51)는 작동 동안에 가스가 확산하는 막들(44, 45)에 의해서 닫히는 하나 이상의 구멍들을 포함한다. 통로 구획 인서트(51)는 하우징에 설치되고, O-링에 의해서 그 외주 둘레가 밀봉된다.
- 하나 이상의 가스 센서들(42, 43)을 포함하고, 주 하우징(30) 내에 제거 가능하게 설치된 가스 탐지기 카트리지(40). 탐지기 카트리지(40)는 그 안에 수용된 탐지기들의 교환 또는 업그레이드를 제공할 수 있도록 제거하거나 교환할 수 있다. 가스 탐지기 카트리지(40)는 막들(44, 45)과 가스 탐지기 카트리지(40)의 가스 탐지기들(42, 43) 사이의 테스트 영역(62)을 제공하기 위해 인서트(51)를 구획하는 통로로부터 떨어져서 이격되도록 설치된다. 또한, 하우징은 테스트 영역(62) 내로 교정 가스(calibration gas)를 도입하기 위해 테스트 영역(62)과 유체로 내왕하는 테스트 유입구(60)를 구비한다. 가스 탐지기 카트리지는 하우징(30)에 대해서 O-링으로 밀봉된다.
가스 탐지기들(42, 43)은 본 기술분야에서 공지된 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 가스 탐지기는 SO2, NO2, CL2, CLO2, CO2, NH3, HCl, HCN, NO, O2, H2, CO, H2S 또는 CH4와 같은 적어도 하나의 타켓 종의 존재를 탐지하기 위한 것이 될 수 있다. 본 기술분야에서 공지된 것과 같은 다른 휘발성 유기 화합물들(Volatile organic compounds, VOCs)도 타겟 종이 될 수 있다. 다른 가스 탐지기들은 다른 가스들에 반응하는 것으로 공지되어 있다. 적절한 탐지기 형태들은 전기 화학 센서들, 촉매 확산(catalytic diffusion) 센서들, 폭발력계들, 적외선 포인트(infrared point) 센서들, 비분산 적외선 센서들, 고체 상태 금속 산화물 반도체들(solid state metal oxide semiconductors), 및/또는 광 이온화(photo ionization) 탐지기들일 수 있다.
사용 시에, 벌크 가스(72)는 벌크 가스 도관(70) 내로 흐른다. 벌크 가스가 표본 유입구(54)에 도달하면, 그 일부는 표본 가스(57)가 되기 위해 표본 통로(56)로 전송된다. 표본 가스(57)는 제 1 흐름 방향으로 디플렉터(52)를 향하여 끌려간다. 표본 가스(57)의 적어도 일부는 디플렉터와 부딪히면서 다른 제 2 흐름 방향을 구비하도록 전송된다. 이러한 제 2 흐름 방향은 막(44)을 향한다. 그때, 표본 가스(57)의 일부 및 그 안의 어떠한 타겟 종들도 막(44)을 통해 지나가고, 테스트 영역(62)으로 들어갈 것이다. 거기서부터, 가스 혼합물은 가스 탐지기(42)와 상호 작용할 수 있고(상호작용의 정확한 성질은 탐지기의 형태에 의존할 것이다), 가스 혼합물 내의 어떠한 타겟 종도 탐지될 것이다.
다른 것들 사이에서 흐름은 유선들(streamlines), 유적선들(streaklines) 및 유맥선들(pathlines)에 의해서 설명될 수 있다; 유선은 흐름의 속도 벡터에 순간적으로 접하는 곡선이고, 유적선은 어떤 시간 동안 특정 공간 지점을 통해 지나간 모든 가스 분자들의 궤적이며, 유맥선은 개개의 가스 분자가 가질 궤적이다. 파이프를 통한 층류(laminar flow)에서, (i) 유선들, 유적선들 및 유맥선들은 동일하고, (ii) 파이프를 따르는 속도가 제로(zero)에 근접하는 경계층이 존재하며, (iii) 고운동량 확산 그러나 저운동량 대류가 파이프의 표면들을 향하는 방향으로 발생한다. 파이프를 통한 난류에서 혼합이 상당히 증가되고, (i) 유선들, 유적선들 및 유맥선들은 동일하지 않고, (ii) 잘 이해되지 않는 상대적으로 더 큰 경계층이 존재하며, (iii) 고운동량 대류 그러나 저운동량 확산이 파이프의 표면을 향하는 방향으로 발생한다. 다른 것들 사이에서 속도의 증가는 층류에서 난류로의 변화로 이어진다.
표본 통로 내의 흐름을 생각해보라. 흐름의 어떤 단면에서도, 다수의 분자들은 표본 통로를 따라서 벌크 방향(bulk direction)으로 이동할 것이다. 그러나, 일부 분자들은, (대게 층류의 경우에) '수동적으로 발생하는(passively occurring)' 운동량 확산 그리고 (대게 난류의 경우에) '수동적으로 발생하는' 운동량 대류에 의해서 표본 통로를 구획하는 표면(들)을 향하여(즉, 흐름의 벌크 방향을 가로질러서) 이동할 것이다. '수동적으로 발생하는'은 흐름 방향들이 본 발명의 흐름 제어 구조의 결과가 아닌 것을 의미한다. 그러한 '수동적으로 발생하는' 운동량 확산 및 운동량 대류는 본 발명에서 이해될 수 있는 것과 같이 "막을 향하여"가 아니다. 대신에, 본 발명에서, "막을 향하여"는 운동량 확산, 운동량 대류 및/또는 벌크 흐름 방향인 '흐름 제어 구조 유도(flow control structure derived)'를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
흐름 제어 구조가 막에 근접한 위치로 순 벌크 흐름 방향을 바꾸기 위해 사용된다면, 벌크 방향의 흐름, 즉, 표본 통로를 따르는 흐름은 막을 향하는 것으로 고려될 수 있다. 예를 들어, 표본 통로가 굽은 파이프를 포함하고 막이 파이프의 굽은 부분의 외측에 위치되면, (층류이든 난류이든) 파이프 내의 흐름은 굽은 부분에서 막을 향하도록 지향되고, 굽은 부분에 의해서 형성된 코너 둘레로 전송된다. 파이프가 벌크 흐름 방향을 굽은 부분 내의 막으로 안내하기 때문에 흐름은 '흐름 제어 구조 유도'가 된다. 막이 굽은 부분에 위치되지 않고, 대신에 순 흐름 방향에 어떠한 변화도 유도되지 않는 위치에서 벌크 흐름의 방향에 평행한 벽에 단지 위치되며, 그 외에 어떠한 흐름 제어 구조들도 존재하지 않는다면, 흐름의 벌크 방향을 가로지르는 방향으로(즉, 막을 향하여) 표본 가스 분자들의 '수동적으로 발생하는' 확산 및 대류만 있을 것이다. 이러한 상황에서, 제 2 벌크 흐름 방향, 즉, 막을 향하는 '흐름 제어 구조 유도' 흐름을 초래하는 흐름 제어 구조가 요구된다.
이론에 구애되는 것을 바라지는 않지만, 그러한 막을 향하는 '흐름 제어 구조 유도' 흐름은 '수동적으로 발생하는' 흐름에서보다 더 크게 발생할 것으로 믿어진다. 따라서, 본 발명의 흐름 제어 구조는 (i) (대게) 운동량 확산에 의한 층류 상태들 또는 (ii) (대게) 운동량 대류에 의한 난류 상태들에서 발생하는 것보다 막을 향한 더 큰 흐름을 제공해서, 막을 통한 표본 가스 및 그것에 동반된 타겟 종의 흐름을 향상시킨다.
막들(44, 45)을 둘러싸는 표본 흐름에서 적절한 흐름 상태들을 달성하기 위해서, 다양한 흐름 제어 구조들이 인서트(50)의 둥근 부분들(52, 53)을 위해 대체될 수 있다. 예를 들어, 중앙 인서트(50) 및 표본 통로 구획 인서트(51)로부터 분리된 각이진 디플렉터가 제공될 수 있다.
탐지기(42)를 향해 막(44)을 통과하지 않는 표본 가스(57)의 나머지는 표본 통로(56) 내로 계속 간다. 유사한 시나리오가 동일하거나 대안적인 타겟 종이 테스트될 수 있는 막(45) 및 탐지기(43)에서 발생할 수 있다. 그리고, 어떠한 남아있는 표본 가스(57)도 표본 배출구(55)를 통해 가스 탐지기 장치(10) 밖으로 나가고 벌크 가스 도관(70) 내로 돌아온다.
막(44, 45)의 교정 및/또는 백 플러싱을 위해서, 테스트 유입구(60)를 통해 테스트 영역(62)으로 교정 가스(63)가 제공된다. 교정을 위해서, 테스트 가스(63)는 교정 가스(calibration gas)가 될 것이다. 백 플러싱만을 위해서, 테스트 가스(63)는 (비록 대체로 비싸지만) 교정 가스가 되거나 단순한 플러시 가스(flush gas)(예를 들어, 외기 또는 바람직하게는 여과 공기)가 될 수 있다.
교정을 수행하기 위해서, 상기 시스템은 솔레노이드 밸브(들)를 통해 예를 들어, 교정 포트(64)에 의해서 테스트 유입구(60)에 부착될 적절한 압력 조절기(들)를 가진 가스 병(들)과 같은 교정 가스원을 필요로 한다. 예를 들어, 엘라스토머 재료로 만들어지고, 여러 디바이스들이 동시에 교정되는 경우 가스가 테스트 영역(62)으로부터 테스트 유입구(60)로 돌아오는 것을 방지하는 덕빌 밸브(duckbill valve)가 테스트 유입구(60)에 위치된다. 교정 가스 전달 시스템은 각각의 센서 형태에 대해서 필요한 영점 또는 시간 교정 가스(zero or span calibration gas)를 주입하기 위해 솔레노이드 밸브(들)에 동력을 공급하는 것에 의해서 주기적으로 활성화된다. 교정 사이클들은 내부 또는 외부 수단 중 어느 하나에 의해서 제어될 수 있고, 예를 들어, 미리 결정된 계획에 따라서 또는 어떤 요구 성능이 충족될 때 각각 자동으로 작동할 수 있으며, 또는 대안적으로, 사용자 입력에 대응하는 요구에 따라 수행될 수 있다.
이러한 기간 동안에 경보들은 금지되고, 센서가 정착하도록 하기 위해 적절한 시간 지연이 도입된다. 교정 동안에, 교정 가스(63)는 테스트 영역(62)을 채우고, 막들(44, 45)을 통해 나간다. 또한, 이러한 작동은 이 막들을 역류 세정(back-flush)하는 역할을 한다. 교정의 시간에서 각각의 센서로부터의 측정값들이 저장되고, 나중에 표본 측정값들을 조절하기 위해 사용된다.
그리고, 표본 가스(57)가 표본 챔버(56)로부터 막들(44, 45)을 통해 다시 확산하도록 하고 테스트 영역(62)을 채우도록 하기 위해 솔레노이드가 차단된다. 테스트 영역(62)은 빠른 반응을 위해 낮은 불용체적(dead volume)을 구비하도록 형성된다.
바람직하게는, 상기 설명된 구성들의 배치는 모든 표본 가스가 도관(70) 내의 벌크 흐름으로 돌아오는 밀봉된 기류(airflow) 경로를 제공한다. 유리하게는, 이것은, 어떠한 표본 공기도 가스 탐지 장치로부터의 누출에 의해 시스템으로부터 손실되지 않기 때문에, 예를 들어, 도 6, 9 및 10의 실시예들에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 탐지기가 입자 탐지기의 상류 위치에서 입자 탐지 시스템의 공기채집 도관 내에 특히 적합하게 설치되도록 한다. 그러한 가스 탐지 장치는 입자 탐지기의 배기관에도 사용될 수 있음이 명확하다.
도 3의 실시예는 광전 연기 탐지기(photo-electric smoke detector)와 같은 선택적 네펠로미터(nephelometer)(80) 및 팬(74)을 더 포함하는 것을 제외하면 도 2의 실시예와 유사하다.
네펠로미터(80)는 광원(81)을 포함한다. 바람직하게는, 광원은 표본 통로(56)의 상부를 가로지르고 중앙 인서트(50)의 중심에 구획된 도관(61)을 따르는 광선(light beam)을 방출하도록 설계된 레이저(예를 들어, 약 5 mW) 또는 LED 광원이 된다. Si 포토다이오드 등과 같은 (도시되지 않은) 광 리시버가 광선에 대해서 축에서 벗어나서 위치되고, 표본 흐름(57) 내에 수반된 연기와 같은 입자들로부터 산란된 광을 수용한다.
표류 반사들(stray reflections)을 최소화하기 위해서, 채널(61)의 끝은 각이진 리플렉터(82)에 의해 형성된 빔 덤프(beam dump)로 되고, 돌아오는 반사들이 네펠로미터의 포토다이오드 상에 영향을 미치는 것을 방지한다.
벌크 가스 도관(72) 내에 설치된 팬(74)은 독립(stand alone) 시스템들 또는 외부 흐름들이 저조한 시스템들과 같이 벌크 가스의 기존 흐름이 없는 실시예에 포함된다. 또한, 표본 통로(56)는 팬(74) 또는 도시되지 않은 다른 팬을 플러싱을 야기할 만큼 충분히 높은 속도로 간헐적으로 작동하는 것에 의해서 씻겨질 수 있다. 팬의 이러한 간헐적인 작동 또는 팬의 간헐적인 증속(increase speed)을 위한 동력은 작동가능한 화재 경보 루프(fire alarm loop)로부터 얻을 수 있다.
가스 탐지기의 작동은 간헐적 또는 연속적으로 사용자가 통제할 수 있다. 동력 인출을 최소화하기 위해서, 간헐적인 작동이 바람직할 것이다. 바람직한 실시예에서, 본 시스템을 위한 전력은 직접 장치(10)에 의해서 또는 그러한 시스템을 증대하기 위해서 가스 탐지 장치가 사용되는 경우는 관련된 입자 탐지 시스템을 통해서 화재 경보 루프로부터 얻을 수 있다.
본 실시예에서, 가스 탐지 장치의 도관(70)은 가장자리에서 중앙으로 단계적인 좁히기들(stepwise narrowings)을 포함한다. 본 실시예에서, 도관(70)의 가장 외측 부분들(91)은 더 좁은 내측 직경을 구비하는 도관(70)의 안쪽으로 인접한 부분들(92)에 비해 상대적으로 큰 직경을 구비한다. 중앙부(93)는 계속해서 더 좁다. 이러한 계단 모양의 배치는, 다른 외측 직경들을 가진 공기채집 도관들을 구비하는 다른 입자 탐지기에 동일한 가스 탐지 장치들이 설치되도록 하기 때문에, 특히, 기존 입자 탐지 시스템들에 새로 장착할 때, 설치를 용이하게 한다. 또한, 도관 내의 인접한 부분들 사이의 단차들은, 설치 동안에, 주 공기채집 도관이 가스 감지 장치의 기류 경로(56) 내로 공기의 진입을 간섭하지 않는 가스 탐지 장치의 도관(70) 내에까지 공기채집 도관이 삽입되지 않도록 깊이조절장치로서 작동할 수도 있다. 또한, 테이퍼진 도관이 사용될 수 있다.
도 4는 종래의 공기채집 입자 탐지 시스템(500)을 도시한다. 상기 시스템(500)은 채집 파이프 망(504)의 형태인 도관에 결합된 입자 탐지기(502)를 포함한다. 채집 파이프 망은 복수의 공기 표본 유입구들(508)의 포함한다. 사용 시에, 공기는 통상적으로 입자 탐지기(502)의 일부를 형성하는 흡인기를 통해 공기 표본 유입구들(508) 내로 그리고 입자 탐지기(502) 내로 들어온다. 시스템(500)을 통해 들어온 공기는 배기 포트(510)를 통해 대기로 다시 배출된다.
본 실시예의 입자 탐지기(502)는 유입구(514)와 배기 포트(510) 사이에 기류 흐름 경로(512)를 포함한다. 공기 표본은 흡인기(518)에 의해서 관찰되는 환경으로부터 공기채집 도관을 따라서 그리고 탐지기 흐름 경로(512) 내로 들어온다. 그리고, 이러한 공기 표본 흐름의 일부는 입자 탐지 챔버(522)로 들어가는 분석 기류 경로(520)로 추출된다. 탐지 챔버(522)를 통과한 공기는 공기 내의 입자들의 수준을 결정하기 위해 분석된다. 탐지된 입자들의 수준 및 가능한 다른 기준에 대응하여, 탐지기는 그것의 제어기에 의해 적용된 경보 및/또는 결함 논리(fault logic)에 따라서 출력을 발생하도록 형성된다.
또한, 탐지기(502)는 입자 탐지기를 통과한 공기의 유동률을 결정하기 위해 사용되는 유량 센서(flow sensor)와, 시간이 흐름에 따른 탐지 챔버(522)의 내부의 손상(soiling)을 최소화하거나 방지하기 위해 공기 흐름으로부터 먼지와 같은 원치않는 입자들을 제거하는 필터(526)를 포함하나 이에 제한되지 않는 추가적인 구성요소들을 포함할 수 있다.
탐지 챔버(522)는 빛 산란, 감광(light obscuration), 이온화 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 어떠한 입자 탐지 원리를 사용해서 작동할 수 있다. 예를 들어, 입자 탐지기는 Xtralis Pty Ltd.의 VESDA LaserPLUS 탐지기 또는 Xtralis Pty Ltd.의 ICAM IAS 탐지기, 또는 어떤 다른 탐지기가 될 수 있다.
도 5 내지 8은 본 발명의 실시예의 가스 탐지 장치의 몇 개의 사용들을 도시한다.
도 4에 나타낸 공기채집 입자 탐지 시스템의 형태는 본 발명의 실시예에 따라서 만들어진 가스 탐지 장치를 사용해서 증대될 수 있다. 도 5, 6, 9 및 10은 도 4와 유사한 입자 탐지 시스템이 가스 탐지 장치를 포함하도록 설정될 수 있는 다양한 방법들 중 두 개를 나타낸다. 이러한 도면들에서, 도 4에 도시된 시스템과 공통적인 특징들은 공통된 도면 부호들을 사용할 것이다.
도 5는 채집 파이프 망(504)과 유체로 내왕하는 입자 탐지기(502)를 포함하는 공기채집 입자 탐지 시스템(600)을 나타낸다. 본 실시예에서, 입자 탐지기(502)의 배기관(510)이 상기 설명된 형태의 가스 탐지 장치(602)에 결합된다. 입자 탐지기(502)의 배기관으로부터 방출된 공기는 마지막으로 배기관(604)을 통해 대기로 돌려 보내지기 전에 가스 탐지기(602) 내로 지나간다.
도 6은 본 발명의 바람직한 형태의 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 근본적인 연기 탐지 시스템은 일반적으로 도 4와 동일하다. 그러나, 채집 파이프 망(504)은 그것의 가지들 중 하나를 따라서 입자 탐지기로부터 상류에 위치된 상기 설명된 것과 같은 가스 탐지기(702)를 구비한다. 이와 관련하여, 채집 파이프 망(502)의 제 1 가지(504.1)로부터 나온 공기는 입자 탐지기(502) 내로 직접 들어가는 반면에, 표본 파이프 망(504)의 제 2 가지(504.2) 내로 들어온 공기는 입자 탐지기(502)를 지나가기 이전에 가스 분석을 위해 가스 탐지기(702)를 먼저 통과한다. 그러한 실시예는 국부적인 가스 방출이 가능한 상황들에서 유용할 것이다. 예를 들어, 일단에 냉매 유닛을 가진 창고에서는, 연기를 위해서 입자 탐지기를 사용하여 전체 공간을 관찰할 필요가 있을 것이다. 그러나, 냉매 누출을 탐지하는 것은 냉매 유닛에 인접한 영역에서만 필요해서, 가스 탐지기(702)와 같은 상대적으로 국부적인 가스 탐지기 유닛을 제공하는 것이 유리하다.
도 9 및 10은 내부에 가스 탐지 장치들을 포함하는 두 개의 다른 예시적인 입자 탐지 시스템들을 도시한다. 우선, 도 9를 참조하면, 상기 설명된 것과 같은 흡인 입자 탐지기(502)를 포함하는 입자 탐지 시스템(920)이 도시된다. 입자 탐지기(502)는 네 개의 가지들(504.1, 504.2, 504.3, 504.4)을 포함하는 공기채집 망(504)에 연결되고, 가지들의 각각은 공기가 들어가는 복수의 채집 점들 또는 구멍들(508)을 구비한다. 도관 조직의 각각의 가지(504.1, 504.2, 504.3, 504.4)는 자신의 가스 탐지 장치(922.1, 922.2, 922.3, 922.4)를 포함한다. 각각의 가스 탐지 장치(922.1, 922.2, 922.3, 922.4)는 설치의 본질에 따라서 동일하거나 다른 타겟 종에 민감하게 될 수 있다. 특히, 각각의 가스 탐지 장치(922.1, 922.2, 922.3, 922.4)는 시스템의 채집 구멍들(508)의 각각의 집합(subset)으로부터 공기를 수용할 것이다. 이 경우에, 가스 탐지 장치(922.1, 922.2, 922.3, 922.4)의 각각의 상류의 채집 점들의 집합은 그것의 하류의 공기채집 구멍들과 다른 수를 구비한다. 이것은 (각각의 채집 구멍을 통해 들어온 표본들에 대한) 민감성 그리고 탐지기들의 교정 또는 각각의 탐지기를 위한 탐지 및/또는 경보 한계점들의 설정과 관련된다.
도 10은 또 다른 입자 탐지 시스템(940)을 도시한다. 입자 탐지기(502)는 나무형 구조를 포함하는 공기채집 망(504)에 연결된다. 망(504)은 네 개의 가지들(504.1, 504.2, 504.3, 504.4)로 차례로 나뉘는 두 개의 중간 가지들(504.5, 504.6)을 구비하고, 네 개의 가지들(504.1, 504.2, 504.3, 504.4)의 각각은 공기가 들어가는 복수의 채집 점들 또는 구멍들(508)을 구비한다. 도관 조직(504)의 중간 가지들(504.5, 504.6)의 각각은 가스 탐지 장치(942.1, 942.2)를 포함한다. 알 수 있는 바와 같이, 각각의 가스 탐지 장치는 그것의 상류에 위치된 채집 점들의 각각 8개인 집합을 통해 들어온 공기를 수용한다.
도 5 및 6의 시스템들과 같은 시스템을 배치하는 경우, 설명이 필요한 요소는 가스 탐지 유닛들(602, 702)의 교정에서의 차이점들이 필요할 것이라는 것이다. 이것은 이러한 두 시스템들 내에 존재하는 희석률(dilution ratio)의 차이에 크게 기인한다. 도 5의 시스템에서, 표본 파이프 망(504)의 8 개의 채집 구멍들 중 어느 것을 통해 들어온 공기는 가스 탐지기(602)를 통과할 것이다. 따라서, 가스가 표본 구멍들 중 어느 하나로 들어오면 그것은 표본 파이프 망(504) 내의 채집 구멍들의 전체 세트로 들어온 공기에 의해서 7:1의 비율로 희석될 것이다. 반대로, 도 6에서, 채집 파이프 망(504)의 제2 암(504.2) 내의 구멍들로 들어온 어떠한 가스도 3:1로만 희석될 것이다. 이 경우에, 상이한 가스 탐지 한계점들 및 포화 한계점들(saturation thresholds)이 가스 탐지 장치(602, 702) 내에 설정될 필요가 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 일 양태는 부착된 채집 망의 형태, 시스템이 설치되는 위치 및/또는 시스템 근처의 가능성 있는 가스의 근원과 같은 하나 이상의 시스템 특성들에 기초하여 가스 탐지기에 대한 교정 값들을 자동으로 결정하는 소프트웨어를 제공한다.
상기 소프트웨어는 Xtralis Pty Ltd.의 Aspire와 같은 흡인 입자 탐지 시스템들에서 사용되는 흐름 모델링 소프트웨어와 유사한 방식으로 작동할 수 있다.
예를 들어, 상기 소프트웨어는 특정한 시스템 형태 내의 가스 경보를 위한 경보 한계점들을 계산하도록 형성된다. 시스템은 가스 표본들을 희석하고, 한계점 계산은 채집 망에 의해 도입된 희석(dilution)에 대한 보상에 기초한다.
또한, 가스 희석에 대한 보상은 특정 용도 파라미터들이 설명되는, 예를 들어, 일산화탄소(CO)의 분포가 균질되고 가스의 유사한 수준이 모든 표본 구멍 내로 도입되는 주차장에서 수행될 수 있다. 그러한 경우에, 경보 한계점의 보상은 필요하지 않다.
경보 한계점 분석의 결과들은 사용자가 계기를 설정하기 위한 파일로서 제공될 수 있고, 탐지 장비 내로 직접 다운로드 될 수 있다. 경보들은 집중 제어기 내에 설정되거나 각각의 센서에 분배될 수 있다.
바람직한 실시예의 가스 탐지 장치의 밀봉된 형태는 가스 탐지 장치가 압력, 누출 또는 수송 시간의 면에서 손실이 없이 입자 탐지 시스템의 도관의 상류 부분의 일부를 형성하도록 한다.
도 7은 본 발명의 가스 탐지기의 다른 실시예를 도시하고, 이때, 가스 탐지기는 HVAC 시스템의 도관에 설치된다. 본 실시예에서, 가스 탐지 시스템(800)은 공기가 화살표(806) 방향으로 흐르고 있는 HVAC 도관(804)에 설치된 가스 탐지기(802)를 포함한다. 가스 탐지기(802)는 상류 유입구(810) 및 하류 배출구(812)를 구비하는 도관 프로브(duct probe)(808)를 구비한다. 유입구(810) 및 배출구(812)를 가로지르는 압력 차이는 분석을 위해 가스 탐지기(802)를 통과한 공기를 빨아들인다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 만들어진 가스 분석 시스템의 다른 실시예를 나타낸다. 본 시스템(900)은 복수의 채집 구멍들(906)을 구비하는 채집 파이프(904)에 직접 연결된 가스 탐지기(902)를 포함한다. 본 실시예에서, 어떠한 분리된 입자 탐지기도 제공되지 않는다. 그러나, 가스 탐지기(902)는 상기 설명된 것과 같은 내부 입자 탐지 시스템을 구비할 수 있다. 본 시스템에서는, 표본 파이프(904)를 통해 가스 탐지기(902)로 공기를 끌어당기는 것이 필요할 것이다. 이때, 가스 탐지기(902)는 그 안으로 공기를 끌어당기기 위한 팬(908)을 구비한다.
도 2 및 3을 다시 참조하면, 가스 탐지기들(42, 43) 그리고 선택적인 네펠로미터(80)로부터의 출력은 제어 시스템 기반의 마이크로 프로세서와 같은 하나 이상의 탑재된 데이터 처리 시스템들에 의해 단독으로 또는 복합적으로 처리되거나, 관찰되고 있는 체적에 비정상적인 상태가 존재하는지를 결정하기 위해 외부의 데이터 처리 시스템으로 전송될 수 있다. 이와 관련하여, 처리 시스템은, 가스 탐지 사건, 연기 탐지 사건, 결함 또는 다른 사건이 일어났는지, 그리고, 경보를 일으키고, 표시된 위험 수준을 증가시키며, 억제 시스템들(suppression systems)을 개시하고, 특정 시설 및 장비의 작동들을 정지하는 등의 작동이 수행될 필요가 있는지를 결정하기 위하여, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 자명한 경보 및/또는 결함 논리를 적용할 것이다
가스 탐지기 장치의 구조는 방폭(explosion proof)이 되도록 또는 폭발 위험 영역에서의 사용을 위해 가스탐지기 장치를 사용하도록 적절한 재료들로 만들어질 수 있다. 게다가, 내부 구성요소들은 불길이 밖으로 전파되는 것을 방지하기 위해 적절한 복합체로 보존될 수 있다. 그러한 실시예에서, 바람직하게는 이 경우에, 막들(44, 45)은 예를 들어, 제어 전자기기들 및 탐지기들로부터 표본 통로(56) 안과 밖으로 전파되는 불길을 방지하도록 적절한 형태 및 두께의 소결 재료(sintered material)로 만들어진 플레임 어레스터들(flame arrestors)일 될 것이다. 또한, 이러한 형태의 가스 탐지기는 매우 낮은 전력 수요를 가지기 때문에, 상기 탐지기가 본질적으로 안전하게 만들어져서, 위험한 지역에서 사용될 수 있다. 특히, 이것은 도 2에 도시된 실시예와 같은 분리된 흡인기 또는 네렐로미터를 포함하지 않는 실시예들을 위한 경우이다.
본 명세서에 개시되고 한정된 발명은 본 문서 또는 도면들로부터 언급되거나 자명한 개개의 특징들의 두 개 이상의 모든 대안적인 조합들로 확장되는 것으로 이해될 것이다. 이러한 다른 조합들 모두는 본 발명의 다양한 대안적인 양태들을 구성한다.
Claims (32)
- 공기 표본이 흐르는 도관 및 도관 내에 흐르는 공기 표본의 적어도 일부를 분석하기 위한 입자 탐지기를 포함하는 형태의 공기채집 입자 탐지 시스템을 사용하는 가스 탐지 장치로서,
상기 가스 탐지 장치는:
입자 탐지 시스템의 도관과 유체로 내왕하도록 설계된 하우징;
부표본에서 타겟 종의 존재를 탐지하기 위해 표본 통로와 유체로 내왕하도록 배치된 타겟 종에 대해 민감한 적어도 하나의 가스 탐지기;
테스트 영역; 및
표본 내의 타겟 종이 막을 통과해 테스트 영역 내로 갈 수 있도록 표본 통로와 테스트 영역 사이에 유체 전달을 제공하는 적어도 하나의 막;을 포함하며,
상기 하우징은:
가스 탐지 장치에 의한 분석을 위해 입자 탐지 시스템의 도관 또는 하우징의 도관부 내에 흐르는 공기 표본으로부터 부표본을 끌어당기도록 배치된 유입구 포트;
공기의 부표본을 배출하기 위해 배치된 배출구 포트; 및
유입구 포트에서 배출구 포트까지 연장하는 흐름 경로;를 포함하고,
표본 통로는 표본 가스의 적어도 일부가 막을 향하도록 안내하기 위한 흐름 제어 구조를 포함하는 가스 탐지 장치. - 제1항에 있어서,
하우징은 사용 시에 입자 탐지 시스템의 도관 내에 끼워지도록 형성된 도관부를 포함하는 가스 탐지 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
흐름 제어 구조는 표본 통로의 만곡부를 구획하고, 상기 막은 만곡부의 외측 부분에 위치되는 가스 탐지 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
흐름 제어 구조는,
표본 통로의 좁히기;
표본 통로의 벽을 구획하는 표면으로부터의 둥근 돌출부;
표본 통로를 구획하는 표면 중 적어도 하나로부터 표본 통로 내로 연장하는 칸막이; 및/또는,
표본 흐름을 차단하는 표본 통로 내의 물체 중 하나 이상을 포함하는 가스 탐지 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
유입구 포트는 공기 표본으로부터 표본 통로 내로 부표본을 안내하기 위해 입자 탐지 시스템의 도관 또는 하우징의 도관부 내로 연장하는 흐름 안내 요소를 포함하는 가스 탐지 장치. - 제5항에 있어서,
흐름 안내 요소는 오목하게 형성된 가스 탐지 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
부표본이 입자 탐지 시스템의 도관 내의 공기 표본 흐름으로 되돌아가도록 배출구 포트가 상기 도관과 유체로 내왕하는 가스 탐지 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
유입구 포트와 배출구 포트 사이의 도관 내의 압력 강하가 흐름 경로를 통해 공기를 끌어당기도록, 유입구 포트 및 배출구 포트가 도관 내의 기류 내에 위치되는 가스 탐지 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
유입구 포트 내로 공기를 끌어당기기 위한 수단을 더 포함하는 가스 탐지 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
가스 탐지 장치의 테스트 영역으로 교정 가스를 제공하도록 형성된 보조 가스 유입구를 더 포함하는 가스 탐지 장치. - 제10항에 있어서,
보조 가스 유입구에 의해서 테스트 영역으로 제공된 가스는 테스트 영역으로부터 하나 이상의 연관된 막들을 통하여 흐름 경로 내로 보내지는 가스 탐지 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
흐름 경로 내의 입자들의 존재를 탐지하도록 배치된 입자 탐지 장치를 더 포함하는 가스 탐지 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
흐름 경로는 입자 필터를 비포함하는 가스 탐지 장치. - 입자 탐지기;
주위 환경 및 입자 탐지기와 유체로 내왕하는 도관 시스템;
주위 환경으로부터 입자 탐지기로 공기 표본 흐름을 추출하고 만들기 위한 흡인기; 및
제1항 또는 제2항의 형태의 적어도 하나의 가스 탐지 장치를 포함하는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제14항에 있어서,
각각의 가스 탐지 장치는 전용 모듈을 형성하는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제14항에 있어서,
하나 이상의 가스 탐지 장치들이 입자 탐지기의 상류의 도관 시스템 상에 배치되는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제16항에 있어서,
가스 탐지 장치는 입자 탐지기로 도입 이전에 공기 표본으로부터 부표본을 추출하도록 배치되는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제14항에 있어서,
가스 탐지 장치는 공기 표본이 입자 탐지기로부터 배출된 후에 공기 표본으로부터 부표본을 추출하도록 배치되는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제14항에 있어서,
도관 시스템은 도관을 따라 연속으로 배치된 복수의 공기 표본 유입구들을 포함하는 적어도 하나의 공기채집 파이프를 포함하고, 상기 가스 탐지 장치는 적어도 두 개의 공기 표본 유입구들의 공기채집 파이프 하류로부터 부표본을 추출하도록 배치되고, 가스 탐지 장치의 공기채집 파이프 상류 상의 복수의 표본 유입구들의 희석 효과를 반영하는 희석 요소로 교정되는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제19항에 있어서,
적어도 두 개의 가스 탐지 장치들을 포함하고,
각각의 가스 탐지 장치는 각각의 위치에서 공기채집 파이프로부터 부표본을 추출하도록 배치되고, 가스 탐지 장치의 각각의 위치의 공기채집 파이프 상류의 표본 유입구들의 희석 효과를 반영하는 대응하는 희석 요소로 교정되는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제14항에 있어서,
도관 시스템은 주위 환경의 각 부분들로부터 공기 표본들을 끌어당기도록 배치된 적어도 두 개의 공기 표본 유입구들을 포함하고,
각각의 공기 표본 유입구에 근접한 주위 환경의 부분 내에서 탐지될 적어도 하나의 타겟 종에 대해 민감한 적어도 하나의 가스 탐지 장치들을 더 포함하는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제14항에 있어서,
하나의 가스 탐지 장치들은, 각 가스 탐지 장치가 동일하지 않은 공기 표본 유입구들의 대응하는 집합(subset)으로부터 추출된 공기 표본 흐름을 포함하는 도관으로부터 부표본을 끌어당길 수 있도록 도관 시스템에 대해서 배치되는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제22항에 있어서,
하나의 가스 탐지 장치에 대응하는 공기 표본 유입구들의 집합은 다른 입자 탐지 장치의 공기 표본 유입구들의 집합에 대해 적어도 하나의 공기 표본 유입구만큼 다른 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제23항에 있어서,
하나의 가스 탐지 장치에 대응하는 공기 표본 유입구들의 집합은 다른 입자 탐지 장치에 대응하는 공기 표본 유입구들의 집합의 일부를 형성하는 어떠한 공기 표본 유입구들도 비포함하는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제21항에 있어서,
가스 탐지 장치 및 추가 가스 탐지 장치들은 적어도 하나의 다른 타겟 종에 대해 민감한 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
방폭 하우징; 또는 하나 이상의 플레임 어레스터들; 중 하나 이상을 더 포함하는 가스 탐지 장치. - 제14항에 있어서,
가스 탐지 장치는: 방폭 하우징; 또는 하나 이상의 플레임 어레스터들;을 포함하는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 제27항에 있어서,
입자 탐지기 또는 가스 감지 장치 중 하나 또는 모두에 전력을 제공하는 베리어 디바이스를 포함하는 주위 환경 내의 상태를 탐지하는 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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