KR102075277B1 - 냉장고 또는 주류냉장고 또는 냉동고 전용 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법 - Google Patents

냉장고 또는 주류냉장고 또는 냉동고 전용 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉장고 또는 주류냉장고 또는 냉동고 전용 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법을 제공하며, 이는 컨테이너 본체를 포함하며, 상기 컨테이너 본체 후부에 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치가 설치되고, 냉각장치 내부에 적어도 하나의 고민감도 암모니아 가스 센서가 장착되며, 상기 암모니아 가스 센서에 제어판이 연결된다. 본 발명은 동시에 암모니아 가스 농도를 검출하고 데이터 수집 처리를 거친 후, 각종 대응 수단을 가동시켜 암모니아 누출로 인한 손실을 방지하며; 판단이 정확하고 신속하며 정확성이 0.01PPM에 달하여, 기준 초과 시의 농도를 정확하게 판단할 수 있고, 판단 결과를 표시하기 용이하여 가시화가 향상되었으며; 암모니아 가스 농도 검출 시, 정확성 요구에 따라, 검출 및 제어가 필요한 암모니아 가스 농도 및 처리방식을 설정할 수 있고, 또한 암모니아 탐지기의 수량을 임의로 설치할 수 있어 대규모로 응용하기에 적합하며; 또한 단일한 암모니아 가스 농도 검출장치의 오판을 피할 수 있다.

Description

냉장고 또는 주류냉장고 또는 냉동고 전용 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법
본 발명은 암모니아 가스 신속 검출 기술분야에 관한 것으로서, 구체적으로는 냉장고 또는 주류냉장고 또는 냉동고 전용 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법에 관한 것이다.
암모니아, Ammonia, NH3는 무색 가스로서, 강렬하고 자극적인 냄새가 있다. 밀도는 0.7710이고, 상대밀도는 0.5971(공기=1.00)이며, 무색의 액체로 쉽게 액화되어, 상온에서 가압하면 즉시 액화될 수 있으며(임계온도 132.4℃, 임계압력 11.2MPa, 즉 112.2대기압), 비등점은 -33.5℃다. 설상 고체로 쉽게 고체화되며, 용융점은 -77.5℃로, 물, 에탄올과 에테르에 용해된다. 고온 시 질소와 수소로 분해될 수 있고 환원 작용이 있다. 촉매가 존재 시 산화질소로 산화될 수 있어, 액체질소, 암모니아수, 질산, 암모늄염과 아민류 등을 제조하는데 사용된다. 질소와 수소를 직접 합성하여 제조될 수 있으며, 피부, 눈, 호흡기관의 점막을 소상(燒傷)시킬 수 있어 과도하게 흡입할 경우 폐부종을 야기하고 사망에 이르게 할 수 있다.
냉장고, 주류냉장고에 사용되는 소형 암모니아 냉각 확산-흡수식 냉각장치(이하 "냉각장치"라 약칭함)는 냉각 핵심부재-코어의 용접점이 많고, 개별적인 코어의 개별적인 용융점은 대량 생산, 사용 과정에서 슬로우 릭(slow leak), 누출 등의 현상을 피하기 어려우며, 심지어 개별적으로 다량의 누출 현상이 발생할 수 있다. 암모니아 가스는 강렬한 자극성 냄새를 지니므로, 환경을 오염시키는 동시에, 인체 건강에도 불리한 영향을 초래할 수 있다.
현재 시중의 제품은 모두 주위의 공기 중으로 누출되는 암모니아 가스 농도에 대해 직접적인 고정밀 검출 및 추가적인 처리를 구현할 수 없고, 냉각제의 과다 누출로 인해 냉각장치의 냉각 성능에 뚜렷한 변화가 발생한 데 대해서만 누출 발생 여부를 검출 및 판단할 수 있기 때문에, 이러한 방식에는 상당히 큰 이력현상이 존재할 뿐만 아니라 일관성이 나빠, 신뢰할 수 없다.
종래 기술에 존재하는 단점에 대하여, 본 발명의 목적은 이러한 문제들을 해결하기 위해, 구조가 합리적이고, 사용이 편리한 냉장고 또는 주류냉장고 또는 냉동고 전용 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법을 제공하고자 하는데 있다.
본 발명이 채택한 기술방안은 다음과 같다: 냉장고 또는 주류냉장고 또는 냉동고 전용 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법은 컨테이너 본체를 포함하며, 상기 컨테이너 본체 후부에 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치가 설치되고, 냉각장치 내부에 적어도 하나의 고민감도 암모니아 가스 센서가 장착되며, 상기 암모니아 가스 센서에 제어판이 연결되고, 상기 제어판에 컨테이너 온도 프로브가 더 설치되며, 상기 제어판에 무선 또는 유선통신모듈이 더 설치되고, 상기 제어판에 경보 점멸등이 연결되며, 상기 제어판에 버저가 연결되고;
또한, 먼저 전원을 켜 암모니아 냉각 확산 흡수형 냉각장치를 가동시키고 냉각 순환을 시작하여, 기기를 정상적으로 운행시키는 단계;
그 다음, 정상적으로 운행하는 과정에서, 일단 암모니아 가스 누출 시, 암모니아 가스의 밀도가 공기밀도보다 작으므로, 암모니아 분자가 상향 이동하게 되는데, 이때, 냉각장치 내에 장착된 고민감도 암모니아 가스 센서가 암모니아 가스 분자를 탐지하며, 암모니아 농도에 따라, 고민감도 암모니아 가스 센서가 출력하는 전기 파라미터가 다르므로, 회로 처리를 통해 전기 파라미터를 주변 공기 중의 암모니아 가스 농도와 대응시키는 단계;
이후, 암모니아 농도의 크기에 따라 후속 처리를 다르게 실시하여,
a. 계속 정상적으로 작동시키거나;
b. 미량의 누출이 발생한 경우, 냉각을 중지하고 제어 단말로 고장신호를 송출하며;
c. 비교적 많은 누출이 발생한 경우, 냉각을 중지하고, 램프를 점멸하여 경보하고, 제어 단말로 고장신호를 송출하며;
d. 다량의 누출이 발생한 경우, 냉각을 중지하고, 램프 점멸+음향 경보하고, 제어 단말로 고장신호를 송출하며, 이후, 일단 어떤 비정상적인 상황이 발생한 경우, 제어단말이 즉시 신호를 획득하여 즉각적으로 정비 처리를 수행할 수 있도록 하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 고민감도 암모니아 가스 센서는 상보성 금속산화물 반도체 칩 암모니아 가스 센서이며, 상기 고민감도 암모니아 가스 센서 내부에 나노 박막형 가스 민감성 재료가 장착된다.
바람직하게는, 상기 나노 박막형 가스 민감성 재료는 이산화주석 나노 박막, 구리 프탈로시아닌 박막 및 구리 프탈로시아닌/이산화주석 복합필름 중의 일종 또는 다종의 복합이다.
바람직하게는, 상기 나노 박막형 가스 민감성 재료는 필름 성형 입자가 균일하고, 크기는 1-5nm이다.
바람직하게는, 상기 무선 또는 유선 통신모듈은 SD 카드슬롯, 모뎀, 배터리, 마이크로프로세서, ROM을 포함하며, 고민감도 암모니아 가스 센서가 어느 설정값까지 암모니아 가스가 누출되었음을 감지 시, 통신모듈이 무선 네트워크에 자동으로 연결되어 미리 설정된 번호 또는 당직실로 호출한다.
바람직하게는, 상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 니켈 원소가 함유된다.
바람직하게는, 상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 알루미늄 원소가 함유된다.
바람직하게는, 상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 코발트 원소가 함유되며, 코발트 이온의 도핑은 SnO2의 결정체 구조를 변화시키지 않고, 검출할 가스에 대해 비교적 높은 민감도와 양호한 응답 회복 특성을 갖는다.
바람직하게는, 상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 니켈 코발트 합금 분말이 도핑된다.
바람직하게는, 상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 그래핀 원소가 함유된다.
본 발명의 암모니아 가스 검출은 서랍식 소형 암모니아 냉각 확산 흡수형 냉각장치 전용으로 설계되어, 구조가 합리적이고, 배치가 합당하며, 동시에 암모니아 농도를 검출하고 데이터 수칩 처리를 거친 후, 각종 대응 수단을 가동시켜 암모니아 가스 누출로 인한 손실을 방지하며; 판단이 정확하고 신속하며 정확성이 0.01PPM에 달하여, 기준 초과 시의 농도를 정확하게 판단할 수 있고, 판단 결과를 표시하기 용이하여 가시화가 향상되었으며; 암모니아 가스 농도 검출 시, 정확성 요구에 따라, 검출 및 제어가 필요한 암모니아 가스 농도 및 처리방식을 설정할 수 있고, 또한 암모니아 탐지기의 수량을 임의로 설치할 수 있어 대규모로 응용하기에 적합하며; 또한 단일한 암모니아 가스 농도 검출장치의 오판을 피할 수 있다.
도 1은 본 발명의 냉장고 또는 주류냉장고 또는 냉동고 전용 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법의 원리도이다.
이하 구체적인 실시방식을 결합하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
냉장고 또는 주류냉장고 또는 냉동고 전용 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법은 냉장고 또는 주류 냉장고 또는 냉동고 컨테이너 본체를 포함하며, 상기 컨테이너 본체 후부에 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치가 설치되고, 냉각장치 내에 적어도 하나의 고민감도 암모니아 가스 센서가 장착되며, 상기 암모니아 가스 센서에 제어판이 연결되고, 상기 제어판에 컨테이너 온도 프로브가 더 설치되며, 상기 제어판에 무선 또는 유선 통신모듈이 더 설치되고, 상기 제어판에 경보 점멸등이 연결되며, 상기 제어판에 버저가 연결된다.
또한, 먼저 전원을 켜 암모니아 냉각 확산 흡수형 냉각장치를 가동시키고 냉각 순환을 시작하여, 기기를 정상적으로 운행시키는 단계;
그 다음, 정상적으로 운행하는 과정에서, 일단 암모니아 가스 누출 시, 암모니아 가스의 밀도가 공기밀도보다 작으므로, 암모니아 분자가 상향 이동하게 되는데, 이때, 냉각장치 내에 장착된 고민감도 암모니아 가스 센서가 암모니아 가스 분자를 탐지하며, 암모니아 가스 농도에 따라, 고민감도 암모니아 가스 센서가 출력하는 전기 파라미터가 다르므로, 회로 처리를 통해 전기 파라미터를 주변 공기 중의 암모니아 가스 농도와 대응시키는 단계;
이후, 암모니아 가스 농도의 크기에 따라 후속 처리를 다르게 실시하여,
a. 농도가 20PPM 미만이면 계속 정상적으로 작동시키고;
b. 농도가 20PPM 이상이며, 미량의 누출이 발생한 경우, 냉각을 중지하고 제어 단말로 고장신호를 송출하며;
c. 비교적 많은 누출로, 농도가 20PPM 이상인 동시에, 그 농도가 장기적으로 인체에 접촉 시 불쾌함을 일으키는 수치보다 큰 경우, 냉각을 중지하고, 램프를 점멸하여 경보하며, 제어 단말로 고장신호를 송출하고;
d. 다량 누출되어, 농도가 20PPM 이상인 동시에, 그 농도가 단기적으로 인체에 접촉 시 불쾌함을 일으키는 수치보다 큰 경우, 냉각을 중지하고, 램프 점멸+음향 경보하며, 제어 단말로 고장신호를 송출하는 단계를 포함한다.
각 단계의 암모니아 가스 농도의 크기는 실제 필요에 따를 수 있으며, 센서의 유효 작동 범위 내에서 0.1~1000PPM 사이로 조정할 수 있다.
이후, 일단 어떤 비정상적인 상황이 발생한 경우, 제어단말은 즉시 신호를 획득하여 즉각적으로 정비 처리를 수행할 수 있다.
상기 고민감도 암모니아 가스 센서는 상보성 금속산화물 반도체 칩 암모니아 가스 센서이며, 상기 고민감도 암모니아 가스 센서 내부에 나노 박막형 가스 민감성 재료가 장착된다.
상기 나노 박막형 가스 민감성 재료는 이산화주석 나노 박막, 구리 프탈로시아닌 박막 및 구리 프탈로시아닌/이산화주석 복합필름 중의 일종 또는 다종의 복합이다.
상기 나노 박막형 가스 민감성 재료는 필름 성형 입자가 균일하고, 크기는 1-5nm이다.
상기 무선 또는 유선 통신모듈은 SD 카드슬롯, 모뎀, 배터리, 마이크로프로세서, ROM을 포함하며, 고민감도 암모니아 가스 센서가 어느 설정값까지 암모니아 가스가 누출되었음을 감지 시, 통신모듈이 무선 네트워크에 자동으로 연결되어 미리 설정된 번호 또는 당직실로 호출한다.
상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 니켈 원소가 함유된다.
상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 알루미늄 원소가 함유된다.
상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 코발트 원소가 함유되며, 코발트 이온의 도핑은 SnO2의 결정체 구조를 변화시키지 않고, 검출할 가스에 대해 비교적 높은 민감성과 양호한 응답 회복 특성을 갖는다.
상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 니켈 코발트 합금 분말이 도핑된다.
상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 그래핀 원소가 함유된다.
원리는 다음과 같다.
본 발명의 고민감도 암모니아 가스 센서에 사용되는 가스 민감성 소재는 깨끗한 공기 중에서 전도 효율이 낮은 이산화주석(SnO2)이다. 센서가 처한 환경에 암모니아 가스가 존재 시, 센서의 전도율은 공기 중의 암모니아 가스 농도가 증가함에 따라 증가하며, 단순한 회로 사용만으로 즉시 전도율 변화를 상기 가스 농도와 대응하는 출력신호로 전환할 수 있다.
이산화주석 재료로 제조되는 가스 센서는 민감도가 높고, 수명이 길며, 안정성이 양호하고, 내부식성이 강하며, 구조가 단순하고, 비용이 저렴하며, 기계 성능이 양호하고 전기 신호를 직접 출력할 수 있는 등의 장점을 구비하여, 일찍이 광범위하게 응용되고 있다. 가스 센서의 시장 수요가 부단히 증가함에 따라, 가스 민감성능이 탁월한 센서를 좀 더 연구할 필요가 있을 뿐만 아니라, 센서의 소형화, 집적화 역시 대단히 필요하다. 가스 센서의 소형화와 집적화에 유리한 박막형 가스 센서는 연구 중점 대상이다.
나노 박막형 가스 민감성 재료의 암모니아 가스에 대한 민감도를 더욱 높이고, 가스 민감성 박막의 작동 온도를 낮추기 위하여, 이산화주석에 각각 니켈, 알루미늄, 코발트의 3종 금속산화물 반도체 및 그래핀 등 비금속재료를 각각 첨가하였다. 실험 결과, 10%의 니켈, 알루미늄, 코발트의 첨가만으로도 나노 박막형 가스 민감성 재료의 암모니아 가스에 대한 민감도를 대단히 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가스 민감성 박막의 최적의 작동 온도 역시 크게 증가하는 것으로 나타났다. 금속산화물 반도체의 도핑량은 나노 박막 가스 민감성 소자의 암모니아에 대한 민감도에 영향을 미칠 수 있다.
니켈, 알루미늄, 코발트 3종 금속산화물 반도체 및 그래핀 등 비금속재료의 도핑은 나노 박막형 가스 민감성 재료의 초기 저항을 변화시킬 수 있으며, 전도율 메커니즘에 대해서는 많은 연구가 있었다. 이상의 몇 가지 재료는 고용체를 형성할 수 있으며, 금속재료의 용입이 증가함에 따라 격자점에 전환이 발생할 수 있고, 이와 동시에, 비표면적이 높아져 산소의 계면 흡착이 증가하며, 정확성이 증가한다. 이밖에, 도핑 성분을 높임에 따라, 불순물 이온에 대한 운반체의 방열이 강화되어 운반체의 이동도에도 영향을 미칠 수 있으며, 따라서 암모니아 검출의 정확성이 향상될 수 있다.
나노재료의 암모니아 검출에의 응용
나노재료는 일정한 독특성을 지니며, 상당히 많은 독특한 성질과 효과를 지니므로, 이를 암모니아 가스 검출에 응용할 경우 전망이 매우 밝다. 이하 나노재료 응용의 신규성과 창조성을 증명하기 위해 나노재료의 선진성을 상세히 열거한다.
나노 효과
물질의 척도가 일정 정도까지 작아지면, 반드시 양자역학으로 전통 역학의 관점을 대체하여 그것의 행위를 설명해야 한다. 분말의 입자 크기가 10미크론에서 10나노로 작아졌을 때, 그 입경은 비록 1000배가 변화되었지만 부피로 환산 시에는 10의 9제곱 배의 차이가 생기며, 따라서 이들의 행위에는 뚜렷한 차이가 발생하게 된다.
나노 입자가 벌크 물질과 다른 이유는 그 표면적이 상대적으로 증가하기 때문이며, 다시 말해 초미립자의 표면이 계단형 구조로 채워진다. 이러한 구조는 높은 표면 에너지를 갖는 불안정한 원자를 대표하며, 이러한 원자는 외래 원자와 흡착 결합되기가 대단히 용이한 동시에, 입경이 축소됨으로 인해 표면이 큰 활성원자를 제공한다.
용융점에 대해 논하면, 나노 분말은 매 입자의 구성 원자가 적고, 표면 원자가 불안정한 상태에 처하여, 그 표면 격자를 진동시키는 진폭이 크기 때문에 비교적 높은 표면 에너지를 가지며, 초립자 특유의 열 특성을 초래한다. 다시 말해 용융점이 낮아짐과 동시에, 나노 분말은 기존의 분말에 비해 낮은 온도에서 소결되기 쉬워 양호한 소결 촉진 재료가 될 수 있다.
일반적으로 흔히 볼 수 있는 자성 물질은 모두 다수의 자기구역의 집합체에 속하며, 입자 크기가 자기구역을 구분할 수 없을 정도로 작아졌을 때 즉 단일 자기 구역의 자성물질을 형성한다. 따라서 자성재료를 초미립자 또는 박막으로 제조 시, 우수한 자성 재료를 형성한다.
나노 입자의 입경(10나노~100나노)은 광파의 길이보다 짧기 때문에, 입사광과 복잡한 상호 작용이 발생한다. 금속은 적당한 증착 조건하에서 메탈 블랙이라 칭하는 광을 흡수하기 쉬운 검정색 금속 초미립자를 획득할 수 있으며, 이는 금속과 함께 진공 증착 필름에 고반사율의 광택면을 형성하여 강렬한 대비를 이룬다. 나노재료는 광흡수율이 큰 특색으로 인하여 적외선 센서 재료에 응용될 수 있다.
나노재료는 바로 나노 크기를 갖는 분말, 섬유, 필름 또는 벌크체이다. 과학 실험을 통해, 일반 물질이 극히 미세한 나노 크기로 가공되었을 때, 특이한 표면효과, 부피효과와 양자효과가 발생할 수 있으며, 그 광학, 열학, 전기학, 자기학, 역학 내지 화학 성질 역시 이에 상응하여 매우 뚜렷한 변화가 발생하는 것으로 증명되었다. 따라서 나노재료는 기타 일반 재료에 없는 우월한 성능을 구비하여 전자, 의학, 화공, 군사, 항공우주 등 다양한 분야에 광범위하게 응용될 수 있으며, 전체 신소재의 연구 응용 방면에서 핵심적인 위치를 차지한다.
나노재료는 대체적으로 나노분말, 나노섬유, 나노필름, 나노벌크체 등 4종류로 구분할 수 있다. 그 중 나노분말의 개발 시간이 가장 길고, 기술이 가장 성숙하였으며, 기타 세 가지 유형의 제품을 생산하는 기초이다.
나노 분말
서브미크로 분말 또는 초미세 분말이라고도 칭하고, 일반적으로 입도가 100나노미터 이하인 분말 또는 입자를 말하며, 원자, 분자와 거시적 물체 사이에 개재되는 중간물질 상태의 고체 입자 재료이다. 고밀도 자기 기록 재료; 파장 흡수 스텔스 재료; 자기유체 재료; 방사선 방호 재료; 단결정 실리콘과 정밀광학소자 연마재료; 마이크로칩 열전도기판과 배선재료; 마이크로전자 패키징 재료; 광전자 재료; 선진적인 배터리 전극 재료; 태양광 배터리 재료; 고효율 촉매; 고효율 연소촉진재; 민감성 소자; 고인성 세라믹 재료(깨지지 않는 세라믹은 세라믹 엔진 등에 사용된다); 인체 수복 재료; 항암제제 등에 사용될 수 있다.
나노 섬유
직경이 나노 크기이고 길이가 비교적 긴 실 형상의 재료를 말하며, 미세 도선, 마이크로광섬유(미래의 양자컴퓨터와 광자컴퓨터의 중요 소자) 재료; 신형 레이저 또는 발광다이오드 튜브 재료 등에 응용될 수 있다.
나노 필름
나노 필름은 입자필름과 치밀필름(dense film)으로 구분된다. 입자필름은 나노입자가 함께 점착되고, 중간에 극히 미세한 틈새가 있는 박막이다. 치밀필름은 필름층이 치밀하되 결정 크기가 나노급인 박막을 말한다. 기체 촉매화(예를 들어 자동자 배기가스 처리) 재료; 필터 재료; 고밀도 자기 기록 재료; 광민감성 재료; 평면 디스플레이 재료; 초전도 재료 등에 사용될 수 있다.
나노 벌크체
나노 분말을 고압 성형하거나 또는 금속액체 결정을 제어하여 획득되는 나노 결정 재료이다. 주요 용도는 초고강도 재료; 지능형 금속재료 등이다.
전문가들은 나노재료에 대한 인식이 이제 막 시작되었으며, 아직 알려진 것이 매우 적다는 점을 지적한다. 개별적인 실험에서 발견된 각종 신기한 성능들은 이것이 매우 매력적인 분야임을 설명하며, 나노재료에 대한 개발은 인류에게 역사상 유례가 없는 유용한 재료를 제공하게 될 것이다.
표면 효과
구형 입자의 표면적은 직경의 제곱과 정비례를 이루고, 그 부피는 직경의 세제곱과 정비례를 이루므로, 그 비표면적(표면적/부피)은 직경과 반비례를 이룬다. 입자 직경이 작아지면 비표면적이 현저하게 증가하며, 이는 표면의 원자가 차지하는 백분율이 현저하게 증가될 수 있음을 설명한다. 직경이 0.1 미크론 이상인 입자 표면 효과는 무시해도 되나, 크기가 0.1 미크론 미만일 경우, 그 표면 원자의 백분율이 급격하게 증가하여, 심지어 1g의 초미립자 표면적의 총합은 100 제곱미터에 달할 수 있으며, 이때의 표면 효과는 무시할 수 없다.
초미립자의 표면은 벌크 물체의 표면과 상당히 다르며, 고배율 전자현미경으로 금속 초미립자(직경이 2*10＾-3미크론인)에 대해 TV 촬영을 하여, 실시간으로 관찰하면 이러한 입자에 고정된 형태가 없고, 시간의 변화에 따라 자동으로 각종 형상(예를 들어 입방팔면체, 십면체, 이십면체, 다중 쌍결정 등)이 형성되는 것을 발견할 수 있으며, 이는 일반 고체와 다를 뿐만 아니라, 액체와도 다른 일종의 준고체이다. 전자현미경의 전자빔 조사 하에, 표면 원자는 "비등" 상태로의 진입을 방불케 하며, 크기가 10 나노 이상에 이른 후 비로소 이러한 입자 구조의 불안정성이 보이지 않게 되는데, 이때 미립자는 안정적인 구조 상태를 지닌다. 초미립자의 표면은 매우 높은 활성을 지니며, 공기 중에서 금속입자는 신속하게 산화되어 연소될 수 있다. 자연 연소를 방지하기 위해서는 표면 코팅 또는 산화속도를 의식적으로 제어하는 방식으로 이를 완만하게 산화시켜 한 층의 매우 얇으면서 치밀한 산화층을 생성함으로써, 표면 안정화를 보장한다. 표면활성을 이용한 금속 초미립자는 차세대 고효율 촉매와 가스 저장재료 및 저용융점 재료가 될 가망성이 있다.
소형 크기
입자 크기의 양적 변화에 따라, 일정 조건하에서 입자 성질의 질적 변화가 야기될 수 있다. 입자 크기가 작아짐으로 인한 거시적 물리 성질의 변화를 소형 크기 효과(small size effect)라고 칭한다. 초미립자의 경우, 크기가 작아짐과 동시에 비표면적 역시 현저하게 증가하므로, 다음과 같은 일련의 신기한 성질들이 발생한다.
광학 성질
황금이 광파장 크기 미만으로 세분될 경우, 고유의 풍부한 광택을 상실하고 검정색을 띠게 된다. 사실상, 모든 금속은 초미립자 상태에서 모두 검정색을 나타낸다. 크기가 작을수록 색상이 더욱 검어지며, 은백색의 플래티넘(백금)은 플래티넘 블랙으로 변화되고, 금속 크롬은 크롬 블랙으로 변화된다. 이를 통해 금속 초미립자는 빛에 대한 반사율이 매우 낮다는 것을 알 수 있으며, 통상적으로 1% 미만이다. 이러한 특성을 이용하여 고효율의 광열, 광전 등 전환재료로 삼을 경우, 태양광을 고효율로 열에너지와 전기에너지로 전환할 수 있다. 이밖에 적외선 민감성 소자, 적외선 스텔스 기술 등에 응용될 수 있다.
열학 성질
고체 물질의 형태가 대형일 때, 그 용융점은 고정된 것이나, 초미세화된 후에는 그 용융점이 현저하게 낮아진다는 것을 발견할 수 있으며, 입자가 10 나노 미만일 경우 특히 뚜렷하다. 예를 들어, 금의 통상적인 용융점은 1064℃인데, 입자 크기가 10 나노 크기로 감소되면, 27℃로 낮아지며, 2 나노 크기일 때의 용융점은 327℃ 정도에 불과하다. 은의 통상적인 용융점은 670℃이며, 초미세 은 입자의 용융점은 100℃ 이하일 수 있다. 따라서, 초미세 은 분말로 제조되는 전도성 페이스트는 저온 소결이 가능하며, 이때 소자의 기판은 내고온성 세라믹 재료를 이용할 필요가 없고, 심지어 플라스틱을 이용할 수 있다. 초미세 은 분말 페이스트는 필름 두께를 균일화하고, 피복 면적이 크므로 재료를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 고품질을 지닌다. 일본 가와사키 제철사는 0.1~1 미크론의 구리, 니켈 초미립자로 전도성 페이스트를 제조하여 팔라듐과 은 등 귀금속을 대체하였다. 초미립자의 용융점이 낮아지는 성질은 분말 야금 공업에 대해 어느 정도의 흡인력을 지닌다. 예를 들어, 텅스텐 입자에 0.1%~0.5% 중량비의 초미세 니켈 입자를 첨가한 후, 소결 온도를 3000℃에서 1200~1300℃로 낮출 수 있으며, 비교적 낮은 온도에서 고출력 반도체 튜브의 기판을 소결 제조할 수 있다.
자기학 성질
비둘기, 돌고래, 나비, 꿀벌 및 수중에서 생활하는 주자성 박테리아 등 생물체에 초미세 자성 입자가 존재한다는 것이 발견되었다. 이러한 생물들은 지구자기장의 항해 유도 하에 방향을 식별할 수 있으며, 회귀 본능을 가지고 있다. 자성 초미립자는 실질적으로 하나의 생물학적 자기 나침반이며, 수중에서 생활하는 주자성 박테리아는 이에 의지하여 영양이 풍부한 해저로 향한다. 전자현미경을 통한 연구에서, 주자성 박테리아의 체내에 통상적으로 직경이 약 2' 10-2 미크론인 자성 산화물 입자가 함유되어 있는 것으로 밝혀졌다. 소형 크기의 초미립자의 자성은 벌크 재료와 현저히 달라, 벌크형 순철의 보자력(coercivity)은 약 80A/m이나, 입자 크기가 2' 10-2 미크론 이하로 감소 시, 그 보자력은 1천 배 증가할 수 있다. 그 크기가 좀 더 감소하여, 대략 6' 10-3미크론 미만일 경우, 그 보자력은 오히려 0까지 낮아져 초상자성(superparamagnetic)을 나타낸다. 자성 초미립자가 갖는 높은 보자력 특성을 이용하여, 고저장밀도의 자기 기록 자기분말로 제작하여 자기테이프, 자기디스크, 자기카드 및 자성열쇠 등에 대량 응용되고 있다. 초상자성을 이용하여, 자성 초미립자는 이미 용도가 광범위한 자성 액체로 제조되고 있다.
나노 효과
세라믹 재료는 통상적인 경우 취성을 띠나, 나노 초미립자로 압축 제조되는 나노 세라믹 재료는 오히려 양호한 인성(toughness)을 지닌다. 나노재료는 큰 계면을 지니고, 계면의 원자 배열은 상당히 혼란스러우며, 원자는 외부 힘이 변형되는 조건하에 매우 쉽게 이동하기 때문에, 매우 우수한 인성과 일정 정도의 연성(ductility)을 나타내어, 세라믹 재료는 신기한 역학 성질을 지닌다. 미국 학자의 보고에 의하면 플루오르화칼슘 나노재료는 실온에서 대폭 만곡되고 부러지지 않는다. 연구에서, 사람의 치아가 매우 높은 강도를 가지는 이유는 인산칼슘 등 나노재료로 구성되어 있기 때문인 것으로 밝혀졌다. 나노 결정입자를 띠는 금속은 종래의 굵은 결정 입자의 금속에 비해 3~5배 더 단단하다. 금속-세라믹 등 복합 나노재료의 경우 즉 보다 큰 범위 내에서 재료의 역학 성질을 변경할 수 있으며, 그 응용 전망이 매우 넓다. 초미립자의 소형 크기 효과는 초전도성, 유전성능, 음향학 특성 및 화학성능 등 방면에서도 나타난다.
터널 효과
각종 원소의 원자는 특정한 스펙트럼선을 가지며, 예를 들어 나트륨 원자는 황색의 스펙트럼선을 갖는다. 원자 모델과 양자역학은 이미 에너지 레벨의 개념을 이용한 합리적인 해석이 있다. 즉 무수한 원자로 고체를 구성 시, 단일한 원자의 에너지레벨은 에너지밴드로 병합되며, 전자의 수량이 매우 많아, 에너지 밴드 중의 에너지 레벨 간격이 매우 작기 때문에, 따라서 연속적인 것으로 볼 수 있다는 것으로, 에너지 밴드 이론으로부터 출발하여 벌크 금속, 반도체, 절연체 간의 연계와 차이를 성공적으로 해석하였다. 원자, 분자와 벌크 고체 사이에 개재된 초미립자의 경우, 벌크 재료 중 연속되는 에너지 밴드가 개별적인 에너지 레벨로 분열되며; 에너지 레벨 간의 간격이 입자 크기가 감소함에 따라 커지게 된다. 열에너지, 전기장 에너지 또는 자기장 에너지가 평균적인 에너지 레벨보다 간격이 더 작을 경우, 일련의 거시적 물체와 전혀 다른 비정상적인 특성을 나타낼 수 있는데, 이를 양자 크기 효과라 칭한다. 예를 들어, 전도성 금속이 초미립자일 경우 절연체로 변할 수 있으며, 자기 모멘트의 크기는 입자 중 전자가 홀수인지 짝수인지 여부와 관련이 있고, 비열 역시 비정상 적인 변화가 있을 수 있으며, 스펙트럼선에 단파장 방향으로의 이동이 발생할 수 있다. 이것이 바로 양자 크기 효과의 거시적 표현이다. 따라서, 초미립자는 저온 조건하에서 반드시 양자 효과를 고려해야 하며, 원래의 거시법칙은 이미 더 이상 성립되지 않는다. 전자는 입자성을 구비하면서 또한 파동성도 구비하기 때문에 터널 효과가 존재한다. 약간의 거시적 물리량이 발견되기도 하였으며, 예를 들어 미립자의 자화 강도, 양자 간섭 소자 중의 자속 등에도 역시 터널 효과가 나타나는데, 이를 거시적 양자 터널 효과라 칭한다. 양자 크기 효과, 거시적 양자 터널 효과는 미래의 마이크로전자, 광전자 소자의 기초가 되거나, 또는 현존하는 마이크로전자 소자가 한 층 더 소형화되는 극한을 확립할 것이며, 마이크로전자 소자가 더욱 소형화될 때에는 반드시 상기 양자 효과를 고려해야 한다. 예를 들어, 반도체 집적회로 제조 시, 회로의 크기가 전자 파장에 접근할 경우, 전자는 터널 효과를 통해 소자에서 흘러나와 소자가 정상적으로 작동하지 못하게 되며, 고전적인 회로의 극한 크기는 대략 0.25미크론 정도이다. 연구 개발된 양자 공진 터널 트랜지스터는 바로 양자 효과를 이용하여 제작된 차세대 소자이다.
본 발명은 개방형 분급 다공성 나노재료를 이용한 것으로, 그 정밀도는 1 나노급에 달하며, 나노재료의 특성을 결합하여 고정밀도와 고민감도를 지닌다.
상기 실시방식은 단지 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명의 실시와 청구 범위를 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 특허 출원 보호범위의 상기 내용에 따라 실시되는 등가의 변화와 수식은 모두 본 발명의 특허 출원 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (10)

  1. 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법에 있어서,
    컨테이너 본체를 포함하며, 상기 컨테이너 본체 후부에 소형 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치가 설치되고, 냉각장치 내부에 적어도 하나의 고민감도 암모니아 가스 센서가 장착되며, 상기 암모니아 가스 센서에 제어판이 연결되고, 상기 제어판에 컨테이너 온도 프로브가 더 설치되며, 상기 제어판에 무선 또는 유선통신모듈이 더 설치되고, 상기 제어판에 경보 점멸등이 연결되며, 상기 제어판에 버저가 연결되고;
    또한, 먼저 전원을 켜 암모니아 냉각 확산 흡수형 냉각장치를 가동시키고 냉각 순환을 시작하여, 기기를 정상적으로 운행시키는 단계;
    그 다음, 정상적으로 운행하는 과정에서, 일단 암모니아 가스 누출 시, 암모니아 가스의 밀도가 공기밀도보다 작으므로, 암모니아 분자가 상향 이동하게 되는데, 이때, 냉각장치 내에 장착된 고민감도 암모니아 가스 센서가 암모니아 가스 분자를 탐지하며, 고민감도 암모니아 가스 센서는 암모니아 농도에 따라, 상기 암모니아 농도와 대응되는 서로 다른 전기 파라미터를 출력하는 단계;
    이후, 암모니아 농도의 크기에 따라 후속 처리를 다르게 실시하여,
    a. 누출된 암모니아 농도가 0.1 내지 20PPM 미만인 경우, 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치를 계속해서 작동시키고;
    b. 누출된 암모니아 농도가 20PPM 내지 1000PPM인 경우, 암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 냉각을 중지하고 경보 점멸등과 버저를 통해 시각적 및 청각적 경보를 발생시키고, 제어판으로 고장신호를 송출하는 단계를 포함하고,
    상기 고민감도 암모니아 가스 센서는 상보성 금속산화물 반도체 칩 암모니아 가스 센서이며, 상기 고민감도 암모니아 가스 센서 내부에 나노 박막형 가스 민감성 재료가 장착되고,
    상기 나노 박막형 가스 민감성 재료는 이산화주석 나노 박막, 구리 프탈로시아닌 박막 및 구리 프탈로시아닌/이산화주석 복합필름 중의 일종 또는 다종의 복합이고,
    상기 나노 박막형 가스 민감성 재료는 필름 성형 입자가 균일하고, 크기는 1-5nm인 것을 특징으로 하는,
    암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선 또는 유선 통신모듈은 SD 카드슬롯, 모뎀, 배터리, 마이크로프로세서, ROM을 포함하며, 고민감도 암모니아 가스 센서가 어느 설정값까지 암모니아 가스가 누출되었음을 감지 시, 통신모듈이 무선 네트워크에 자동으로 연결되어 미리 설정된 번호 또는 당직실로 호출하는 것을 특징으로 하는,
    암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 니켈 원소가 함유되는 것을 특징으로 하는,
    암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 알루미늄 원소가 함유되는 것을 특징으로 하는,
    암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 코발트 원소가 함유되며, 코발트 이온의 도핑은 SnO2의 결정체 구조를 변화시키지 않는 것을 특징으로 하는,
    암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 니켈 코발트 합금 분말이 도핑되는 것을 특징으로 하는,
    암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 나노 박막형 가스 민감성 재료 내에 1-50%의 그래핀 원소가 함유되는 것을 특징으로 하는,
    암모니아 냉각 확산 흡수식 냉각장치의 암모니아 누설 실시간 검출 처리방법.
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