KR100596462B1

KR100596462B1 - 수질계측기용 항온장치

Info

Publication number: KR100596462B1
Application number: KR20040053393A
Authority: KR
Inventors: 진길주; 조원희; 김형주; 장지구
Original assignee: 한국바이오시스템(주)
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-07-03
Also published as: KR20060004315A; WO2006006795A1

Abstract

본 발명은 온도에 민감한 수질계측기의 미생물 및 화학 반응 센서에 일정한 온도의 계측수를 제공하기 위한 수질계측기용 항온장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 수질계측기용 항온장치는 수질계측센서 및 이 수질계측센서와 연결되는 계측수관이 내부에 위치되고 상기 수질계측센서 및 계측수관을 감싸도록 단열재가 내부공간에 채워진 케이스와, 계측수관 일측에 설치되는 온도센서와, 온도센서의 신호에 따라 흡열과 발열이 선택적으로 실시됨으로써 계측수관내의 계측수와 열교환되는 열전소자와, 케이스 하부에 위치되어 열전소자로부터 발생된 열을 외부로 배출시키기 위한 냉각팬을 포함하여 구성된다.

이에 따라, 계측수의 온도변화를 매우 미세하게 자동제어 할 수 있으므로 측정값의 신뢰도가 높아질 뿐 아니라, 히터와 냉각기를 설치가 요구되지 않아 계측기를 소형화 할 수 있으며 이에 따른 제작비를 절감할 수 있다.

항온장치, 온도유지, 수질계측기, 열전소자

Description

수질계측기용 항온장치{Apparatus for maintaining constant temperature for quality of water measuring instrument}

도 1은 본 발명의 수질계측기용 항온장치를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 수질계측기용 항온장치의 다른 실시예를 나타내는 수질계측기용 항온장치의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...케이스 11...단열재 20...수질계측센서

21...보호케이스 30...계측수관 31...열교환구간

40...온도센서 50...열전소자 60...냉각팬

70...전도부재 80...방열핀 90...온도제어기

일반적으로 수질계측기에 설치되는 수질계측센서는 온도에 아주 많은 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 특히 미생물 및 화학 반응 센서를 수질계측센서로 이용한 수질계측기의 경우에는 온도의 영향에 따라 결과값에 많은 편차를 보인다. 따라서, 수질계측센서가 온도에 민감하게 반응할 경우 정확한 측정값을 얻기가 어려워 계측결과의 신뢰성이 떨어지게 된다.

pH계측기의 경우는 온도에 대한 보정 데이터가 지원되므로 외부온도에 따른 pH값의 보정이 가능하지만, 대부분의 수질계측기는 정해진 일정한 온도에서만 측정이 가능하기 때문에 수질계측센서의 온도유지는 정확한 측정을 위해 선결되어야 할 매우 중요한 요소가 된다. 일반적으로 미생물 및 생물, 화학 반응 센서를 감지센서로 이용하는 수질계측기의 최적 온도는 일반적으로 상온(25℃)이상으로 알려져 있다.

수질계측기 센서의 온도를 상온 이상으로 일정하게 유지하기 위한 종래의 기술로는 수질계측기 내부에 히터를 설치하고 이 히터의 방열량으로 센서의 온도를 조절하는 열대류방식이나, 히터로부터 직접적으로 전도되는 열을 이용하여 센서의 온도를 조절하는 열전도방식이 있다.

그러나, 상기 열대류방식은 수질계측기 전체가 완전히 단열되지 않으면 많은 열손실이 발생하여 원하는 온도를 유지시키기 어려운 문제가 있으며, 열전도 방식은 열원이 직접 센서로 전달되므로 센서의 측정값에 영향을 주게 되는 문제점을 가진다.

또한, 일정한 온도를 정확하게 유지시키기 위해서는 상황변화에 따른 계측기 의 가열과 냉각이 동시에 이루어져야 하나, 상기와 같은 방식들은 오로지 계측기의 온도가 낮을 경우에 가열을 통한 온도조절만이 가능하므로 센서를 일정한 온도로 유지시키는 것에 한계가 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해서 계측기 내부에 히터와 냉각기를 동시에 설치할 경우, 설치비용의 증대 및 계측기의 크기가 지나치게 증대되는 문제로 이어진다.

아울러, 히터 및 냉각기에 의존하여 계측수의 온도를 항상 일정하게 제어하기가 매우 어렵다.

본 발명은 상기한 종래 문제점들을 고려하여 이루어진 것으로서, 히터나 냉각기를 이용하지 않고 수질계측기 센서의 온도가 항상 일정하게 유지할 수 있을 뿐 아니라, 그 온도제어가 간편한 수질계측기용 항온장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수질계측센서 및 이 수질계측센서와 연결되는 계측수관이 내부에 위치되며 상기 수질계측센서 및 계측수관을 감싸도록 단열재가 내부공간에 채워진 케이스와, 계측수관 일측에 설치되는 온도센서와, 온도센서의 신호에 따라 흡열과 발열이 선택적으로 실시됨으로써 계측수관내의 계측수와 열교환되는 열전소자와, 케이스 하부에 위치되어 열전소자로부터 발생된 열을 외부로 배출시키기 위한 냉각팬을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 수질계측센서의 외부에는 외부의 충격으로부터 센서를 보호하기 위한 보호케이스가 더 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열전소자와 인접설치되어 열전소자로부터 발생되는 냉기 또는 열기를 인접한 타부재로 전달하는 전도부재가 더 설치될 수 있다.

또한, 상기 계측수관은 열교환면적을 넓히기 위하여 지그재그로 굴곡성형된 열교환구간을 가지며, 이 열교환구간에 상기 온도센서와 열전소자가 설치된다.

또한, 상기 열전소자측을 향하는 냉각팬 일측에 열전소자로부터 발생되는 냉기와 열기를 흡수하기 위한 방열핀이 더 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 온도센서의 신호에 의해 열전소자와 냉각팬의 동작을 제어하는 온도제어기가 더 구비된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 수질계측기용 항온장치를 도시한 단면도로서, 상기 케이스(10)의 내부공간은 케이스(10) 내부를 지나는 계측수가 외부와 열교환되는 방지하기 위하여 단열재(11)로 채워진다. 그리고, 케이스(10)의 내부에는 수질계측센서(20)와 이 수질계측센서(20)로 계측수를 공급하는 계측수관(30)이 설치된다. 상기 수질계측센서(20)은 외부의 충격에 민감하게 작동되므로 수질계측센서(20)를 감싸는 보호케이스(21)가 부착되는 것이 바람직하다.

상기 계측수관(30)은 일단을 통해 케이스(10) 내부로 계측수가 유입되고, 수질계측센서(20)를 지나 계측수관(30)의 타단을 통해 케이스(10) 외부로 배출된도록 설치된다.

상기 계측수관(30)은 열교환면적을 넓히기 위하여 지그재그로 굴곡성형된 열교환구간(31)을 가진다. 그리고, 이 열교환구간(31)에 온도센서(40) 및 열전소자(50)가 설치된다.

온도센서(40)는 열교환구간(31)의 계측수관(30)과 인접설치되어 계측수관(30) 내부를 흐르는 계측수의 온도를 측정하며 온도제어기(90)와 전기적으로 연결된다.

상기 열전소자(50)는 열과 전기가 서로 변환되는 현상을 이용한 일반적인 소자로서 직류전원의 극 전환을 통해 흡열 또는 발열이 선택적으로 실시된다. 즉, 상기 열전소자(50)는 수질계측센서(20)로 유입되는 계측수의 온도가 설정온도 보다 낮을 경우 계측수관(30)과 접촉되는 면은 가열되고 이면은 냉각된다. 이와 반대로, 계측수의 온도가 설정온도 보다 높을 경우 계측수관(30)과 접촉되는 면은 냉각되고 이면은 가열된다. 따라서, 열전소자(50)는 열교환구간(31)의 계측수관(30)과 인접설치되어 계측수관(30)내의 계측수와의 열교환을 수행한다. 본 발명에 의하면 이 열전소자로 인해 종래에 수질계측기의 케이스 온도조절을 위해 설치되던 냉각기 및 히터를 배제시킬 수 있다.

케이스(10)의 외측에는 열전소자(50)로부터 발생된 냉기 및 열기를 방출시키기 위하여 송풍팬이 설치된다. 이 송풍팬은 온도센서(40)의 신호로 작동하는 온도제어기(90)에 의해 동작이 제어된다. 상기 온도제어기(90)는 상기 열교환기 내부에 설치된 온도센서(40)에서 감지된 신호에 의하여 열전소자(50)와 송풍팬의 구동을 제어하는 제어 회로를 포함한다. 이 제어회로는 열교환기의 온도를 설정하기 위한 것으로서, 이와 같은 제어회로를 갖는 온도제어기(90)는 본 발명이 속한 기술 분야에서 공지된 기술로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 상기 열전소자(50)와 송풍팬 사이에는 열전소자(50)로부터 발생되는 냉기와 열기를 흡수하기 위한 방열핀(80)이 더 설치될 수도 있다. 상기 방열핀(80)에 의하여 흡수된 열전소자(50)의 냉기와 열기는 보다 빠르게 외부로 배출된다.

그리고, 상기 열전소자(50)와 인접설치되어 열전소자(50)로부터 발생되는 냉기 또는 열기를 인접한 타부재로 전달하는 전도부재(70)가 더 설치될 수 있다. 상기 전도부재(70)는 열전소자(50)의 전면 또는 이면 중 어느 쪽에 설치되어도 무방하다. 전도부재(70)는 케이스(10)를 밀폐시키도록 설치됨으로써 케이스(10) 외부의 공기가 케이스(10) 내부로 유입됨으로써 케이스(10) 내의 계측수의 온도변화를 막는다.

도 1은 상기 전도부재(70)가 열전소자(50)의 이면에 설치된 상태를 나타내는 도면으로서 상기 전도부재(70)는 열전소자(50)와 방열핀(80) 사이에서 열전소자(50)로부터 발생된 냉기와 열기를 방열핀(80)으로 빠르게 전달한다.

또한, 도 2는 상기 전도부재(70)가 열전소자(50)의 전면에 설치된 상태를 나 타내는 도면으로서, 이 경우, 상기 전도부재(70)는 케이스(10)의 내측으로 열전소자(50)와 방열핀(80) 사이에 설치되어 열전소자(50)로부터 발생된 냉기와 열기를 방열핀(80)으로 빠르게 전달한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 수질계측기용 항온장치가 작동되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 계측수관(30)을 통해 계측수가 케이스(10) 내에 유입되어 열교환구간(31)을 통과하게 되면, 온도센서(40)가 온도를 감지하여 온도제어기(90)로 신호를 발생시킨다. 온도제어기(90)는 온도센서(40)의 신호와 기준온도를 비교하여 계측수의 온도가 기준온도 보다 높을 경우, 열전소자(50) 측으로 흡열신호를 전달하는 동시에 냉각팬(60)을 구동시킨다.

온도제어기(90)의 발열신호에 따라 계측수관(30)과 접촉된 열전소자(50) 전면에서는 흡열반응이 일어나게 되고 이면에서는 발열반응이 발생된다. 이에 따라, 계측수관(30) 내의 계측수의 온도는 하강하는 반면 전도부재(70)의 표면온도는 상승한다. 그리고 전도부재(70)를 따라 전도된 열기는 방열핀(80)에 의해 흡수되며 송풍팬에 의해 케이스(10) 외부로 빠르게 배출된다.

이후, 온도제어기(90)가 온도센서(40)가 계측수의 온도가 기준온도와 일치되었음을 감지하면, 온도제어기(90)는 열전소자(50) 및 송풍팬의 작동을 중지시켜 계측수의 온도를 일정하게 유지시킨다.

한편, 계측수의 온도가 기준온도 보다 낮을 경우, 온도제어기(90)는 열전소자(50) 측으로 발열신호를 전달한다. 이렇게 하면, 열전소자(50)의 전면에서는 발 열반응이 일어나게 되고 이면에서는 흡열반응이 발생된다. 이에 따라, 계측수관(30) 내의 계측수의 온도는 상승하게 되며, 전도부재(70)의 표면온도는 하강한다. 그리고 전도부재(70)를 따라 전도된 냉기는 방열핀(80)에 의해 흡수되고 송풍팬에 의해 빠른 속도로 케이스(10) 외부로 배출된다.

본 발명에 따르면, 수질계측기의 온도센서를 지나는 계측수의 온도를 제어하기 때문에 수질계측기의 계측결과에 대한 신뢰도가 향상될 수 있다. 또한, 계측수의 설정온도를 자유롭게 조절할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 전도부재(70)가 열전소자(50)의 전면에 설치되면, 열전소자(50)가 방열핀(80)과 직접 접촉됨으로써 열전소자(50)의 냉기 또는 열기가 케이스(10) 외부로 보다 빠르게 방출되므로 열전소자(50)의 열교환 효율이 높아져 항온유지 성능이 보다 향상될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 수질계측기용 항온장치에 의하면, 케이스를 직접 가열하여 온도를 제어하는 방식이 아닌 열전소자를 이용하여 케이스 내부를 지나는 계측수의 온도변화를 자동제어 하고 수질계측센서를 단열시킴으로써 측정값에 대한 신뢰도가 향상될 수 있는 효과가 있다.

또한, 히터와 냉각기를 설치가 요구되지 않아 계측기를 소형화 할 수 있으며 이에 따른 제작비를 절감할 수 있다.

또한, 수질계측기를 단열시킴으로써 계측기의 외부온도에 따른 측정값의 변화를 최소화 하는 동시에 수질계측센서의 기준온도를 자유롭게 설정할 수 있다.

Claims

수질계측센서(20) 및 이 수질계측센서(20)와 연결되는 계측수관(30)이 내부에 위치되며, 상기 수질계측센서(20) 및 계측수관(30)을 감싸도록 단열재(11)가 내부공간에 채워진 케이스(10)와,

계측수관(30) 일측에 설치되는 온도센서(40)와,

온도센서(40)의 신호에 따라 흡열과 발열이 선택적으로 실시됨으로써 계측수관(30)내의 계측수와 열교환되는 열전소자(50)와,

케이스 하부에 위치되어 열전소자(50)로부터 발생된 열을 외부로 배출시키기 위한 냉각팬(60), 그리고

상기 온도센서(40)의 신호에 의해 열전소자(50)와 냉각팬(60)의 동작을 제어하는 온도제어기(90)를 포함하는 수질계측기 센서용 항온장치.
제 1항에 있어서,

상기 수질계측센서(20)의 외부에는 외부의 충격으로부터 센서를 보호하기 위한 보호케이스(21)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 수질계측기용 항온장치.
제 1항에 있어서,

상기 열전소자(50)와 인접설치되어 열전소자(50)로부터 발생되는 냉기 또는 열기를 인접한 타부재로 전달하는 전도부재(70)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 수질계측기용 항온장치.
제 1항에 있어서,

상기 계측수관(30)은 열교환면적을 넓히기 위하여 지그재그로 굴곡성형된 열교환구간(31)을 가지며, 이 열교환구간(31)에 상기 온도센서(40) 및 열전소자(50)가 설치되는 것을 특징으로 하는 수질계측기용 항온장치.
제 1항에 있어서,

상기 열전소자(50)와 냉각팬(60) 사이에는 열전소자(50)로부터 발생되는 냉기와 열기를 흡수하기 위한 방열핀(80)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 수질계측기용 항온장치.
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