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KR20150143453A - 주위 공기 모니터링 및 능동 제어 및 대응을 위한 실시간 현장의 기체 분석 네트워크 - Google Patents

주위 공기 모니터링 및 능동 제어 및 대응을 위한 실시간 현장의 기체 분석 네트워크 Download PDF

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KR20150143453A
KR20150143453A KR1020157026704A KR20157026704A KR20150143453A KR 20150143453 A KR20150143453 A KR 20150143453A KR 1020157026704 A KR1020157026704 A KR 1020157026704A KR 20157026704 A KR20157026704 A KR 20157026704A KR 20150143453 A KR20150143453 A KR 20150143453A
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KR
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gas
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anemometer
detector
detector array
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KR1020157026704A
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청-콴 에이. 처우
치엔-린 후앙
리-펑 왕
Original Assignee
트라이콘테크 타이완
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

장치의 실시형태는 관련된 영역 내에 위치되는 복수의 다중-기체 분석 기기를 포함하고, 각각의 다중-기체 분석 기기는 하나 이상의 기체의 존재, 농도 또는 양자 모두를 검출할 수 있다. 데이터/제어 센터는 복수의 다중-기체 분석 기기의 각각에 통신가능하게 접속되고, 데이터/제어 시스템은 로직을 포함하고, 이 로직은, 실행되었을 때, 데이터/제어 센터로 하여금 복수의 다중-기체 분석 기기로부터의 측정치를 모니터링하게 하고, 만일 임의의 측정치가 하나 이상의 오염물의 존재를 나타내면, 복수의 다중-기체 분석 기기로부터의 측정치에 기초하여 오염물의 발생원을 확인하게 하는 것을 가능하게 한다.

Description

주위 공기 모니터링 및 능동 제어 및 대응을 위한 실시간 현장의 기체 분석 네트워크{REAL-TIME ON-SITE GAS ANALYSIS NETWORK FOR AMBIENT AIR MONITORING AND ACTIVE CONTROL AND RESPONSE}
우선권 주장
본 출원은, 특허협력조약(PCT)의 8조에 의거하여, 2013년 2월 28일에 출원된 미국 가특허출원 61/770,978 및 2014년 2월 26일에 출원된 미국 특허출원번호 14/190,8우선권을 주장한다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 기체 분석 네트워크, 특히, 그러나 비배타적으로, 주위 공기 모니터링 및 능동 제어 및 대응을 위한 실시간 현장의 기체 분석 네트워크에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 실시간 기체 분석용 장치 및 방법의 실시형태를 도시한다. 도 1a는 다중 기체-크로마토그래피/질량-분광계(GC/MS) 시스템을 이용하는 방법을 보여준다. 종래의 GC/MS 시스템은 직접적인 기체 분석을 위해 현장에 설치될 수 없고, 이것은 영역 1 내지 영역 4와 같은 대상 영역에 공기 유입구를 제공하기 위해 특별한 기체 시료채취용 파이프가 사용됨을 의미한다. 각각의 기체 시료채취용 파이프는 중앙 검사실에 존재하는 대응하는 GC/MS 시스템으로 각각의 영역으로부터 채취된 기체를 운반한다. 비록 GC/MS 시스템이 다중 기체 분석에 관하여 탁월한 검출 감도와 특정성(specificity)을 제공할 수 있으나, 이와 같은 셋업은 유지관리하는 것이 매우 비쌀 수 있다.
도 1b는 비용을 감소시키기 위해 사용될 수 있는 대안적 방법을 예시한다. 직접적인 기체 검출을 위해 영역 1 내지 영역 4와 같은 특정 영역에서 간소한 휴대형 단일-기체 검출기가 사용된다. 그러면 검출된 기체 농도는 데이터 센터에 수집 및 저장된다. 일부의 실시형태에서, 단일-기체 검출기는 다중 기체를 별개로 검출할 수 있고, 또한 현장의 다른 기체의 교차 간섭을 끊임없이 받을 수 있다. 이들 특징 및 다른 특징으로 인해 도시된 배열은 능동적인 주위 공기 모니터링 및 제어를 위한 신뢰할 수 있는 기체 농도 정보를 획득하기에 부적합해진다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 비제한적 및 비배타적 실시형태가 설명되고, 동일한 참조 번호는 다른 특별한 규정이 없는 한 다양한 도면의 전체를 통해 동일한 부품을 나타낸다.
도 1a 및 도 1b는 기체 모니터링 시스템의 실시형태의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2c는 실내 기체 모니터링 및 제어 시스템의 실시형태의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3b는 실외 기체 모니터링 및 제어 시스템의 실시형태의 개략도이다.
도 4는 실내 또는 실외 기체 모니터링 및 제어 시스템의 셋업 및 작동을 위한 프로세스의 실시형태의 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 2 및 도 3의 실내 및 실외 기체 모니터링 및 제어 시스템에서 사용될 수 있는 다중-기체 분석 시스템의 하나의 실시형태의 개략 측면도 및 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 2 및 도 3의 실내 및 실외 기체 모니터링 및 제어 시스템에서 사용될 수 있는 다중-기체 분석 시스템의 다른 실시형태의 개략 평면도이다.
도 7 및 도 8은 도 2 및 도 3의 실내 및 실외 기체 모니터링 및 제어 시스템에서 사용될 수 있는 다중-기체 분석 시스템의 다른 실시형태의 개략도이다.
주위 공기 모니터링 및 능동 제어 및 대응을 위한 실시간 현장의 기체 분석 네트워크용 장치, 시스템 및 방법의 실시형태가 설명된다. 실시형태의 철저한 이해를 제공하기 위해 구체적 세부사항이 설명되지만 관련된 기술분야의 당업자는 설명된 세부사항 중 하나 이상을 배제하여 또는 다른 방법, 컴포넌트, 재료 등을 포함하여 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일부의 경우, 주지된 구조물, 재료, 또는 작용은 상세히 도시되거나 설명되지 않지만, 그럼에도 불구하고 본 발명의 범위 내에 포함된다.
본 명세서의 전체를 통해 "하나의 실시형태" 또는 "실시형태"라는 말은 설명된 특징부, 구조 또는 특징이 적어도 하나의 설명된 실시형태 내에 포함될 수 있음을 의미하고, "하나의 실시형태에서" 또는 "실시형태에서"가 출현해도 반드시 모두 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니다. 더욱이, 특정의 특징부, 구조물, 또는 특징은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
이하에서 선택적인 풍속계와 조합하여 현장의 다중-기체 분석 기기의 네트워크를 사용하여 주위 공기의 질의 실시간 모니터링 및 제어의 실시형태가 개시된다. 이 실시형태는 다양한 실내 또는 실외 환경 장치에 적용될 수 있다. 예를 들면, 반도체 설비에서, 이 실시형태는 공기가 공기중 분자 오염(AMC)되지 않은 클린룸을 보장하기 위해 사용될 수 있고, AMC는 기기의 수율에 영향을 주므로 반도체 처리 기술이 40nm 미만으로 감에 따라 이것은 결정적으로 중요해진다. 강 제조 설비에서, 이 실시형태는 코크스 노(coke oven)의 기체 부산물의 누출 및 프로세스 최적화를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 석유화학 설비에서, 이 실시형태는 누출 기체를 확인하고, 누출의 근원을 색출하기 위해 사용될 수 있고, 이것은 즉각적인 경고 및 긴급 대응 동작을 제공할 수 있다.
도 2a는 반도체 제조 설비, 공공 건물 등과 같은 실내용 환경 모니터링 및 제어 시스템(200)의 실시형태를 도시한다. 다중 기체 분석 기기 및 풍속계의 시스템은 기체 농도 및 공기 유량 또는 풍속 및 그 방향을 모니터링하기 위한 실시간 기체 분석 네트워크를 형성하기 위해 다양한 실내 장소에 위치된다. 기체 분석 기기, 및 만일 존재한다면 풍속계는 실시간 데이터 통신 및 제어를 위한 제어/단절/정보 센터에 연결된다.
시스템(200)에서, 하나 이상의 다중-기체 분석 기기(다중-기체 검출기, 또는 MGD라고도 함)는 특정의 용도를 위한 대상 기체를 검출하기 위해 폐쇄된 설비(202)(예를 들면, 건물) 내의 장소에 설치된다. 설비(202)는, 비록 본 명세서에서 건물로서 설명되었으나, 다른 실시형태에서 건물의 하부구조물, 예를 들면, 건물 내의 방이나 폐쇄된 공간일 수 있고, 또 다른 실시형태에서 다중 건물을 포함할 수 있다. 건물(202)은 제 1 층(204) 및 제 2 층(206)과 같은 다수의 층을 가질 수 있고, 각 층은 일부의 종류의 프로세스 장비 또는 프로세스 설비를 가질 수 있고, 도시된 실시형태에서, 제 1 층(204)은 프로세스 설비(210)를 가지고 있고, 제 2 층(206)은 프로세스 설비(212)를 가지고 있다. 다른 실시형태에서, 물론, 도시된 것보다 많거나 적은 층이 있을 수 있고, 모든 층이 프로세스 설비를 포함할 필요는 없고, 각각의 층은 도시된 것보다 많거나 적은 프로세스 설비를 가질 수 있고, 이 프로세스 설비는 도시된 것과 달리 위치될 수 있다.
도시된 실시형태에서, MGD는 건물의 상이한 층 상에 위치되고, MGD1 내지 MGD3은 제 1 층(204) 상에 위치되고, MGD4 내지 MGD5는 제 2 층(206) 상에 위치된다. MGD는 이것이 위치되는 각각의 층에서 층의 어딘가로부터 천정까지 연직으로 위치될 수 있고, 주어진 층 상의 MGD는 동일한 연직 위치를 가질 수 있으나 반드시 가질 필요는 없다. MGD6과 같은 MGD는 건물(202)의 외부, 예를 들면, 통기구(208)의 근처에 위치될 수 있다. 만일 내부의 MGD(MGD1 내지 MGD5)가 설비 내부의 오염을 검출하면, 외부의 MGD6은 임의의 오염물이 누출되는지 또는 설비 내로 유입되는지의 여부를 평가하는데 도움을 줄 수 있다.
다중-기체 검출기(MGD1 내지 MGD6)는 유기질 또는 비유기질 기체 화합물 뿐만 아니라 현장의 모니터링(유기질 또는 비유기질 기체 화합물)을 위한 대상 기체의 조합물을 검출할 수 있다. 하나의 실시형태에서, MGD 중 하나 이상은, 도 5a 내지 도 8과 관련하여 이하에서 설명되는 바와 같이, 마이크로-전치-농축기(마이크로-PC), 마이크로-기체-크로마토그래피(마이크로-GC), 및 다중-기체 검출용 검출기 어레이의 조합을 활용하는 소형화 기체 분석 시스템일 수 있다.
하나 이상의 풍속계는 건물 내의 공기 유량, 풍속, 및 풍향에 관한 정보 뿐만 아니라 온도, 습도, 및 압력과 같은 공기의 다른 특징을 획득하기 위해 건물(202) 내에 선택적으로 설치될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 각각의 MGD는 풍속계와 쌍을 이루고, MGD와 풍속계는 1:1 대응된다(즉, 각각의 MGD는 대응하는 풍속계를 갖는다). 예를 들면, MGD1은 풍속계(A1)과 쌍을 이루고, MGD2는 풍속계(A2)와 쌍을 이루고, 기타 등등이다. 그러나 시스템(200)의 다른 실시형태에서, 다중-기체 검출기와 풍속계는 1:1 대신 다수:1의 대응관계를 가질 수 있다. 다수:1의 대응관계는 2 가지 방법을 취할 수 있다. 즉, 일부의 실시형태에서, 각각의 다중-기체 검출기는 복수의 풍속계와 쌍을 이룰 수 있고, 그러나 다른 실시형태에서, 각각의 풍속계는 복수의 다중-기체 검출기와 쌍을 이룰 수 있다.
도시된 실시형태에서, 각각의 풍속계가 그것의 대응하는 MGD에 인접하는 공기의 풍속, 방향 등을 측정하도록 모든 MGD는 인접한 풍속계를 갖는다. 그러나 다른 실시형태에서, 이것이 반드시 적용되지는 않는다. 즉, 풍속계는 존재한다면 건물 내의 MGD의 인접부 이외의 장소에서 풍속, 풍향 등을 측정하도록 MGD로부터 이격되어 위치될 수 있다.
다중-기체 검출기(MGD1 내지 MGD6), 및 풍속계(A1 내지 A6)는, 존재하는 경우, 유선 또는 무선 통신을 이용하여 데이터/제어 센터에 통신가능하게 접속된다. 모든 MGD 및, 존재하는 경우, 풍속계는 동일한 방식으로 데이터/제어 센터에 통신가능하게 접속될 필요는 없고, 일부는 유선으로, 다른 일부는 무선으로 통신가능하게 접속될 수 있다. 데이터 센터에 MGD와 풍속계를 통신가능하게 접속함으로써, 본 기기는 데이터/제어 센터에 실시간 데이터 및 업데이트를 제공할 수 있다.
데이터/제어 센터의 하나 이상의 서버는 설비 내의 상이한 장소에서 실시간 현장의 기체 농도를 판정하기 위해 MGD 및 풍속계로부터의 측정치(reading)를 수집 및 분석한다. 데이터/제어 센터는 정보 분석, 데이터 저장, 및 대응하는 단말 시스템 피드백 및 제어를 제공할 수 있다. 제어 센터는 공기 유량, 풍속 등 및 주위의 장해물(또는 지형학)과 함께 MGD로부터의 기체 농도 데이터를 분석하여 전체 대상 영역의 실시간 기체 농도 분포 맵을 도출한다. 데이터 센터는 오염물 또는 기체 누출의 비정상적 증가가 존재하는지의 여부를 판정할 수 있고, 즉각적인 경고를 트리거할 수 있고, 더욱 특정의 기계 또는 파이프의 장소, 예를 들면, 공기의 질의 변화를 초래하는 장소를 특정할 수 있다.
데이터/제어 센터는, MGD 및 존재하는 경우의 풍속계에 통신가능하게 접속되는 것에 더하여, 건물(202) 내의 프로세스 설비(210, 212)나 프로세스 설비 내의 특정의 컴포넌트에 유선 또는 무선 링크에 의해 통신가능하게 접속될 수 있다. 데이터/제어 센터는 건물 통기 시스템 및 긴급 대응 팀에 통신가능하게 접속될 수 있다.
데이터/제어 시스템은, 만일 건물(202) 내의 프로세스 설비(210, 212) 또는 프로세스 설비 내의 요소에 통신가능하게 접속되면, 기체 누출이 발생하고 있는 프로세스 설비 또는 기계를 판정할 수 있고, 누출을 감소시키거나 중지시키도록 시스템을 오프시킬 수 있다. 예를 들면, 제어 센터가 연결될 수 있고, 스펙으로부터 벗어난 것으로 판정된 설비 또는 시스템을 최상의 프로세스 수율을 생산하는 최적의 상태로 복귀시키도록 원격으로 조절할 수 있다. 통기 시스템에 연결되면, 데이터/제어 센터는 오염물의 농도를 즉시 감소시켜 오염물 기체의 증가로 인해 발생할 수 있는 치명적인 사건 또는 결과를 방지하도록 통기 시스템, 또는 펌프, 팬, 개별적 통기구, 덕트 클로저(closure) 등과 같은 통기 시스템 내의 특정 요소를 제어할 수 있다.
데이터/제어 센터는, 만일 긴급 대응 시스템에 연결되면, 오염물의 검출 시 즉각적인 경고 및 대응하는 행동을 제공할 수 있다. 그러면 데이터/제어 센터는 대응 팀에게 통보하고, 오염원의 장소로 대응 팀을 안내할 수 있다. 대응 팀은 추가의 시험 및 확인을 위해 비정상적 기체 발발 장소로 대원을 파견할 수 있고, 이것은 폐루프 데이터 분석 평가 및 개량을 위해 제어 센터로 피드백될 수 있다.
도 2b는 실내용 환경 모니터링 및 제어 시스템(225)의 다른 실시형태를 예시한다. 시스템(225)는 모든 점에서 시스템(200)과 특징 및 기능이 유사하다. 시스템(225)과 시스템(200) 사이의 주요 차이는 시스템(225)에서는 각각의 MGD가 건물의 외부로부터 유입되는 공기 또는 건물로부터 배출되어 나가는 공기를 여과하기 위해 사용될 수 있는 상이한 공기 필터의 배출부에 또는 근처에 위치되는 것이다. 하나의 실시형태에서, 필터는 건물(202)의 공기의 질/통기 시스템의 일부이지만, 다른 실시형태에서, 필터는 건물과의 관련 여부에 무관하게 다른 시스템의 일부일 수 있다. 시스템(225)에서 각각의 필터는 MGD의 상측에 위치되지만, 다른 실시형태에서, 필터는 MGD의 상측에 위치될 필요는 없고, 대신에 MGD의 하측 또는 측면에 위치될 수 있다. MGD6과 같은 MGD는 건물(202)의 외부, 예를 들면, 건물로부터 배출되는 통기구(208)의 근처에 위치될 수 있다. 필터(F6)는 건물(202)로부터 배출되는 공기를 여과하기 위해 통기구(208) 상에 위치될 수 있고, MGD6은 임의의 오염물이 설비로부터 누출되고 있는지의 여부 및 그 결과 필터(F6)가 교체를 필요로 하는지의 여부를 평가하는 것을 도울 수 있다. MGD5와 같은 MGD는 건물(202)의 내부, 예를 들면, 통기 제어 시스템으로부터 공기 유입구를 통해 건물(202) 내로 공기가 유입되는 장소 또는 그 근처에 위치될 수 있다. 필터(F5)는 건물(202) 내로 유입되는 외부 공기로부터 오염물을 여과하기 위해 위치될 수 있고, MGD5는 임의의 오염물이 설비 내로 유입되고 있는지의 여부 및 그 결과 필터(F5)가 교체를 필요로 하는지의 여부를 평가하는 것을 도울 수 있다.
도시된 실시형태에서, 모든 MGD는 대응하는 공기 필터에 접속되고, 이것은 MGD와 필터 사이에 1:1 대응관계가 있음을 의미한다. MGD1은 필터(F1)에 접속되고, MGD2는 필터(F2)에 접속되고, 기타 등등이다. 그러나 다른 실시형태에서, 대응관계는 1:1 대신 다수:1일 수 있다. 즉, 1 개의 필터 당 1 개를 초과하는 MGD, 또는 1 개의 MGD 당 1 개를 초과하는 필터가 있을 수 있다. 시스템(200)에서와 같이, 시스템(225)에서 MGD는 풍속계와 선택적으로 쌍을 이룰 수 있고, MGD:풍속계 또는 풍속계:MGD의 도시된 바와 같은 1:1 대응관계 또는 다수:1의 대응관계를 갖는다.
시스템(225)에서, 각각의 MGD는 대응하는 필터를 통과하는 배출되는 공기의 질을 모니터링할 수 있다. 임의의 MGD 상의 오염물(예를 들면, 휘발성 유기 화합물, 또는 VOC)의 농도가 한계치를 초과한 경우, 적어도 우리는 특정의 필터가 더 이상 만족스럽게 여과할 수 없고 교체될 필요가 있다고 판정할 수 있을 것이다. 이러한 접근방법은 불필요한 필터 교체를 크게 감소시키므로 교체의 비용을 최소화할 수 있다.
도 2c는 실내용 환경 모니터링 및 제어 시스템(250)의 다른 실시형태를 예시한다. 시스템(250)은 모든 점에서 시스템(200)과 특징 및 기능이 유사하다. 시스템(250)과 시스템(200) 사이의 주요 차이는 시스템(250)에서는 각각의 MGD가 다양한 장소의 MGD의 개별 영역까지 연장되는 다중 시료채취용 튜브를 포함하는 것이다. 예를 들면, MGD4는 복수의 시료채취용 튜브(252)를 포함하고, 이것은 MGD4에 접속되는 일단부 및 MGD4로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 타단부(공기가 흡인되는 시료채취용 단부)를 갖는다. 시스템(250)의 도시된 실시형태에서, 각각의 MGD는 6 개의 시료채취용 튜브에 접속되지만, 다른 실시형태에서, 각각의 MGD는 더 많은 또는 더 적은 시료채취용 튜브에 접속될 수 있고, MGD 마다 동일한 수의 시료채취용 튜브를 가질 필요는 없다.
또한 각각의 시료채취용 튜브(252)는 시료채취용 튜브에 의해 수집된 공기가 유동할 수 있는 흡착제 트랩(254)과 같은 VOC 또는 기체 시료채취기를 포함할 수 있다. 이러한 접근방법에 의해 더 높은 공간 유효범위 밀도(spatial coverage density)를 갖는 더 특정의 장소에서 공기를 채취하는 것이 가능해진다. 시료 수집 및 분석은 다중 모드일 수 있다. MGD4에서, 모든 시료채취용 튜브(252)는 흡착제 트랩을 포함하지만, 다른 실시형태에서는 모든 튜브보다 적은 수의 튜브가 흡착제 트랩을 포함할 수 있고, 또는 튜브가 전혀 흡착제 트랩을 포함하지 않을 수 있다. 더욱이, 모든 MGD가 모두 흡착제 트랩을 포함할 필요는 없고, 어떤 MGD가 흡착제 트랩을 포함하지 않는 경우, 모든 MGD가 다른 MGD와 동일한 수의 흡착제 트랩을 포함할 필요는 없다.
흡착제 트랩(254)을 포함하지 않는 실시형태의 경우, 공기 시료채취는 동시에 모든 튜브로부터 공기를 수집함으로써 실행될 수 있고, 하나의 MGD가 담당하는 영역의 전체적인 오염물 농도를 제공하는 MGD에 의해 분석될 수 있다. 다른 모드에서, 공기 시료채취 및 분석은 각각의 시료채취용 튜브에 대해 순차적으로 실행될 수 있고(예를 들면, 튜브 #1에서 시료채취하고, 시료채취용 튜브 #1의 장소의 오염물 농도를 판정하기 위해 분석하고, 다른 시료채취용 튜브에 대해 반복할 수 있음), 이것은 각각이 특정의 장소의 더 정확한 오염물 농도를 제공할 것이다. 흡착제 트랩(254)을 포함하는 실시형태의 경우, 공기 시료채취는 동시에 실행될 수 있고, 오염물은 각각의 흡착제 트랩에 의해 별개로 수집된다. 다음에 각각의 흡착제 트랩 내의 오염물은 별도의 분석을 위한 순차적 분석을 위해 MGD로 탈리될 수 있다.
도 3a는 석유화학 플랜트 및 강 코크스 노와 같은 용도를 위해 유용할 수 있는 실외 모니터링 및 제어 시스템(300)의 하나의 실시형태를 예시한다. 시스템(300)은 모든 점에서 시스템(200)과 유사하다. 즉, 다중 기체 분석 기기 및 풍속계의 시스템은 기체 농도 및 공기 유량 또는 풍속 및 그 방향을 모니터링하기 위한 실시간 기체 분석 네트워크를 형성하기 위해 다양한 장소에 위치된다. 기체 분석 기기 및/또는 풍속계는 실시간 데이터 통신 및 제어를 위한 제어/단절/정보 센터에 연결된다.
시스템(300)에서, 하나 이상의 다중-기체 분석 기기(다중-기체 검출기, 또는 MGD라고도 함)는 석유화학 플랜트와 같은 실외 설비를 둘러싸고 있는 대상 영역(302) 내의 장소에 설치된다. 프로세스 설비 1 내지 설비 5는 대상 영역(302) 내에 위치된다. 물론 다른 실시형태에서는 도시된 것보다 더 많거나 더 적은 프로세스 설비가 있을 수 있고, 이 프로세스 설비는 도시된 것과 다르게 위치될 수 있다.
도시된 실시형태에서, MGD는 관련된 영역 또는 대상 영역(302) 내의 프로세스 설비에 인접하여 설치된다. 즉 MGD(1 내지 5)는 프로세스 설비(1 내지 5)에 인접하여 설치된다. MGD는, 이것이 어디에 위치되어 있더라도, 층의 어딘가로부터 프로세스 설비의 상측으로 상당한 높이까지 연직으로 위치될 수 있고, 주어진 영역(302) 내의 모든 MGD는 동일한 연직 위치를 가질 수 있고, 그러나 반드시 그럴 필요는 없다. MGD6과 같은 MGD는 대상 영역(302)의 외부에 위치될 수 있다. 만일 대상 영역(302) 내부의 MGD(MGD1-MGD5)가 대상 영역 내부에서 오염을 검출하면, 외부 MGD6는 임의의 오염물이 대상 영역의 외부로 유동하는지의 여부를 평가하는 것을 도울 수 있다. 시스템(300)에서 사용되는 MGD는 시스템(200)에서 사용된 MGD와 동일한 특성 및 능력을 가질 수 있다.
하나 이상의 풍속계는 관련 영역(302) 내의 공기 유량, 풍속, 및 풍향에 관한 정보 뿐만 아니라 온도, 습도, 및 압력과 같은 공기의 다른 특징을 획득하기 위해 관련 영역 내에 선택적으로 설치될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 각각의 MGD는 풍속계와 쌍을 이루고, MGD와 풍속계는 1:1 대응된다(즉, 각각의 MGD는 대응하는 풍속계를 갖는다). 예를 들면, MGD1은 풍속계(A1)과 쌍을 이루고, MGD2는 풍속계(A2)와 쌍을 이루고, 기타 등등이다. 그러나 시스템(200)의 다른 실시형태에서, 다중-기체 검출기와 풍속계는 1:1 대신 다수:1의 대응관계를 가질 수 있다. 다수:1의 대응관계는 2 가지 방법을 취할 수 있다. 즉, 일부의 실시형태에서, 각각의 MGD는 복수의 풍속계와 쌍을 이룰 수 있고, 그러나 다른 실시형태에서, 각각의 풍속계는 복수의 MGD와 쌍을 이룰 수 있다.
도시된 실시형태에서, 각각의 풍속계가 그것의 대응하는 MGD에 인접하는 공기의 풍속, 방향 등을 측정하도록 모든 MGD는 인접한 풍속계를 갖는다. 그러나 다른 실시형태에서, 이것이 반드시 적용되지는 않는다. 즉, 풍속계는 존재한다면 MGD의 인접부 이외의 장소에서 풍속, 풍향 등을 측정하도록 MGD로부터 이격되어 위치될 수 있다.
다중-기체 검출기(MGD1 내지 MGD6), 및 풍속계(A1 내지 A6)는, 존재하는 경우, 유선 또는 무선 통신을 이용하여 데이터/제어 센터에 통신가능하게 접속된다. 모든 MGD 및, 존재하는 경우, 풍속계는 동일한 방식으로 데이터/제어 센터에 통신가능하게 접속될 필요는 없고, 일부는 유선으로, 다른 일부는 무선으로 통신가능하게 접속될 수 있다. 데이터 센터에 MGD와 풍속계를 통신가능하게 접속함으로써, 본 기기는 데이터/제어 센터에 실시간 데이터 및 업데이트를 제공할 수 있다.
시스템(200)에서와 같이, 데이터/제어 센터 내의 하나 이상의 서버는, 대상 영역 내의 상이한 장소의 실시간 현장의 기체 농도를 판정하고, 정보 분석, 데이터 저장, 대응하는 단말 시스템 피드백 및 제어를 제공하기 위해, MGD 및 풍속계로부터의 측정치를 수집 및 분석한다. 제어 센터는 공기 유량 또는 풍속, 및 주위의 장해물(또는 지형학)과 함께 네트워크 내에 분포된 기기로부터의 기체 농도 데이터를 분석하여 전체 대상 영역의 실시간 기체 농도 분포 맵을 도출한다. 데이터 센터는 오염물 또는 기체 누출의 비정상적 증가가 존재하는지의 여부를 판정할 수 있고, 즉각적인 경고를 트리거할 수 있고, 더욱 어떤 기계 또는 파이프의 장소, 예를 들면, 공기의 질의 변화를 초래하는 장소를 특정할 수 있다. 제어 센터는 주위 공기의 질을 판정하고 또한 기체 누출의 장소 및 이것이 대상 영역 내에 위치하는지의 여부를 식별할 수 있고, 이것은 잘못된 경보를 방지한다.
데이터/제어 센터는, MGD 및 존재하는 경우의 풍속계에 통신가능하게 접속되는 것에 더하여, 영역(302) 내의 프로세스 설비(1 내지 5)에 유선 또는 무선 링크에 의해 통신가능하게 접속될 수 있고, 부가적으로 긴급 대응 팀에 통신가능하게 접속될 수 있다. 시스템(200)에서와 같이, 시스템(300)에서 제어 센터는 또한 기체 누출이 발생하는 건물(202) 내의 프로세스 설비(210, 212) 또는 이 프로세스 설비 내의 요소에 통신가능하게 접속될 수 있고, 누출을 감소 또는 중지시키기 위해 시스템을 오프시킬 수 있다. 예를 들면, 제어 센터가 연결될 수 있고, 스펙으로부터 벗어난 것으로 판정된 설비 또는 시스템을 최상의 프로세스 수율을 생산하는 최적의 상태로 복귀시키도록 (원격으로) 조절할 수 있다.
제어 센터는 긴급 대응 시스템과 연결될 수 있고, 즉각적인 경고 및 대응하는 행동을 제공할 수 있다. 그러면 데이터/제어 센터는 대응 팀에게 통보하고, 오염원의 장소로 대응 팀을 안내할 수 있다. 대응 행동 팀은 추가의 시험 및 확인을 위해 비정상적 기체 발발 장소로 대원을 파견할 수 있고, 이것은 폐루프 데이터 분석 평가 및 개량을 위해 제어 센터로 피드백될 수 있다.
데이터 센터는, 제조 플랜트의 다양한 장소 또는 대상 장소의 실시간 현장의 기체 농도를 이용하여, 바람 정보 및 건물/장해물 또는 주위 지형학에 기초하여 동기화된 기체 분포를 연속적으로 판정할 수 있고, 특정 기체 또는 유해한 기체 누출의 임의의 비정상적 증가가 존재하는지의 여부를 판정할 수 있다. 데이터 센터에 의해 확인되는 바와 같이 생산 효율의 감소에 대응할 수 있는 특정 기체의 비정상적 증가의 경우, 제어 센터는 최적의 상태로 시스템을 확실하게 복귀시키기 위해 특정 설비의 작동을 직접 제어할 수 있다. 유해한 기체 누출에 대응할 수 있는 특정 기체의 비정상적 증가의 경우, 제어 센터는 기체 농도 분포 데이터 맵에 기초하여 기체 누출의 장소 또는 근원을 확정할 수 있고, 다음에 필요한 경보를 제공할 수 있고, 문제의 장소로 대응 팀을 안내할 수 있다.
도 3b는 실외용 환경 모니터링 및 제어 시스템(350)의 다른 실시형태를 예시한다. 시스템(350)은 모든 점에서 시스템(300)과 특징 및 기능이 유사하다. 시스템(350)과 시스템(300) 사이의 주요 차이는 시스템(350)에서는 각각의 MGD가 MGD와 관련되는 프로세스 설비 내에 또는 그 근처로 연장될 수 있는 다중 시료채취용 튜브를 포함하는 것이다. 예를 들면, MGD2는 복수의 시료채취용 튜브(352)를 포함하고, 이것은 MGD2에 접속되는 일단부 및 프로세스 설비(2) 내로 또는 그 근처로 연장되는 타단부(공기가 흡인되는 시료채취용 단부)를 갖는다. 시스템(350)의 도시된 실시형태에서, MGD2는 3 개의 시료채취용 튜브에 접속되지만, 각각의 MGD는 더 많은 또는 더 적은 시료채취용 튜브에 접속될 수 있고, MGD 마다 동일한 수의 시료채취용 튜브를 가질 필요는 없다.
또한 각각의 시료채취용 튜브(352)는 시료채취용 튜브에 의해 수집된 공기가 유동할 수 있는 흡착제 트랩(354)과 같은 VOC 시료채취기를 포함할 수 있다. 이러한 접근방법에 의해 더 높은 공간 유효범위 밀도를 갖는 더 특정의 장소에서 공기를 채취하는 것이 가능해진다. 시료 수집 및 분석은 다중 모드일 수 있다. MGD4에서, 모든 시료채취용 튜브(352)는 흡착제 트랩을 포함하지만, 다른 실시형태에서는 모든 튜브보다 적은 수의 튜브가 흡착제 트랩을 포함할 수 있고, 또는 튜브가 전혀 흡착제 트랩을 포함하지 않을 수 있다. 더욱이, 모든 MGD가 모두 흡착제 트랩을 포함할 필요는 없고, 어떤 MGD가 흡착제 트랩을 포함하지 않는 경우, 모든 MGD가 다른 MGD와 동일한 수의 흡착제 트랩을 포함할 필요는 없다.
흡착제 트랩(254)을 포함하지 않는 실시형태의 경우, 공기 시료채취는 동시에 모든 튜브로부터 공기를 수집함으로써, 그리고 MGD를 이용하여 이것을 분석함으로써 실행될 수 있고, 하나의 MGD가 담당하는 영역의 전체적인 오염물 농도를 제공하는 MGD에 의해 분석될 수 있다. 다른 모드에서, 공기 시료채취 및 분석은 각각의 시료채취용 튜브에 대해 순차적으로 실행될 수 있고(예를 들면, 튜브 #1에서 시료채취하고, 시료채취용 튜브 #1의 장소의 오염물 농도를 판정하기 위해 분석하고, 다른 시료채취용 튜브에 대해 반복할 수 있음), 이것은 각각이 특정의 장소의 더 정확한 오염물 농도를 제공할 것이다. 흡착제 트랩(354)을 포함하는 실시형태의 경우, 공기 시료채취는 동시에 실행될 수 있고, 오염물은 각각의 흡착제 트랩에 의해 별개로 수집된다. 다음에 각각의 흡착제 트랩 내의 오염물은 별도의 분석을 위한 순차적 분석을 위해 MGD로 탈리될 수 있다.
도 4는 시스템(200, 300)과 같은 기체 분석 시스템의 셋업 및 작동을 위한 프로세스(400)의 하나의 실시형태를 예시한다. 이와 같은 셋업은 최적의 제조 효율 및 수율 생산고 뿐만 아니라 과잉의 폐기 부산물 배기 기체 또는 독성 기체의 누출 경보를 제공하기 위해 대상의 주위 공기 모니터링 및 제어를 위해 다음의 산업(그러나 이들 산업에 제한되지 않음), 즉 반도체 제조 공장, 디스플레이 제조, PCB 제조공장, 강 코크스 노 플랜트, 및 석유화학 플랜트에 적용될 수 있다.
이 프로세스는 블록(402)에서 시작된다. 블록(404)에서, 대상 영역이 실내인지 또는 실외인지 식별된다. 블록(406)에서, 이 프로세스는 가능한 기체 오염물 또는 대상 기체에 관한 대상 영역의 공간 및 지리학적 분포 정보 뿐만 아니라 대상 영역 내의 장애물 및 다른 물체에 관한 지형학적 정보의 분석을 실시한다.
블록(408)에서, 이 프로세스는 블록(406)에서 수행된 분석에 기초하여 최적의 다중-기체 검출기 검출 명세사항, 기기의 수 및 배치 장소 및 기체 감지 네트워크의 구조에 관한 결정을 수행한다. 점선으로 나타낸 바와 같이 선택적인 블록(410)에서, 이 프로세스는 관련된 영역 내의 풍속계의 수 및 배치를 결정하기 위해 블록(406)에서 수행된 분석을 이용한다.
제어 센터에서의 자동화 실시간 모니터링 데이터 수집 및 저장을 수반하는 모니터링 시스템의 작동은 블록(412)에서 개시된다. 블록(414)에서, 기기 또는 데이터 통신 결함에 기인된 잘못된 데이터가 확실히 없도록 하기 위해 각각의 기기로부터의 기체 모니터링 데이터의 신뢰성에 관한 자동 데이터 분석이 수행된다. 블록(416)에서, 이 프로세스는 (공기 유량, 풍속, 풍향 등 및 풍속계가 사용되는 경우의 영역 지형학과 조합하여) 기체 데이터의 분석에 기초하여 비정상적 기체 농도 수준의 원인 장소를 검색한다. 블록(418)에서, 이 프로세스는 원인 장소가 한계치 수준을 초과하는 기체 농도를 가지는지의 여부를 판정하고, 블록(420)에서 오염원을 확정하기 위해 모든 MGD 및 존재하는 경우 풍속계로부터 입수할 수 있는 데이터가 사용된다. 블록(422)에서, 이 프로세스는 실내용 통기 시스템 및/또는 프로세스 설비를 제어하는 작용, 실외용 프로세스 설비를 제어하는 작용과 같은 조치를 취하고, 실내용 또는 실외용에 필요한 행동을 위해 대응하는 관계자에게 필요한 경보를 제공한다. 기체 누출 시스템의 가능한 발생원이 많고, 동일 위치에 현장에서 기체 누출을 구별하기 위한 개별적인 기체 기기가 없는 경우, 실제의 문제가 있는 시스템을 확인하기 위해 휴대형 기체 검출기로 각각의 시스템에 관한 현장 시험을 수행하도록 대원이 파견될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 위에서 설명된 환경 검출 및 제어 시스템으로 구현될 수 있는 다중-기체 검출 및 분석 기기의 하나의 실시형태를 개략적으로 도시한다. MiTAP으로 공지되어 있는 도시된 다중-기체 분석 기기의 상업적 실시형태가 "TricornTech"(대만) 및 "Taiwan & TricornTech Corporation"(캘리포니아, 산호세)에 의해 개발되었다. MiTAP는 데이터 분석을 위한 더욱 빈도가 높은 기체 농도 분포를 제공할 수 있고, 이것은 대응하는 현장의 주위 공기 상태의 훨씬 신속한 업데이트를 제어 센터에 제공한다. 그 결과, 반도체 생산과 같은 제조 공정에서 극히 중요한 일관된 안정한 제조 수율을 위해 공기의 질의 더욱 정밀한 능동 제어가 달성될 수 있다. 한편, 독성 기체 누출 모니터링의 경우, MiTAP는 기체 누출 사건에 관하여 훨씬 더 신속한 업데이트/경고를 제공할 수 있고, 이것은 제조 현장에서의 치명적 시스템 고장을 방지하기 위해 극히 중요하다.
이하에서 더 설명되는 바와 같이, MiTAP는, 예를 들면, 미국 특허출원 번호 2009/0308136, 2011/0005300, 2011/0023581, 2011/0259081, 및 2012/0090378(이들 출원은 모두 그 전부가 참조에 의해 본원에 포함됨)에 기재된 바와 같은, 마이크로-프리(pre)-농도(마이크로-PC), 마이크로-기체-크로마토그래피(마이크로-GC), 및 직접적인 공기 시료채취 및 기체 분석을 위한 검출기 어레이(DA)를 활용한다. 이것은 고가의 실험실 기체 공급 및 배관 셋업을 필요로 하지 않는 휴대형의 자립형 기기이지만, 종래의 GC/MS 시스템과 달리, 이것은 현장에 설치될 수 있고, 실험실의 GC/MS 시스템과 유사한 성능을 갖는 다중-기체 분석을 위한 직접적인 기체 시료채취를 수행할 수 있다. 각각 15 분의 시험으로 50 가지를 초과하는 휘발성 유기 화합물(VOC, 그러나 VOC에 제한되지 않음)을 분리 및 검출하는 능력을 갖고, 이것은 기체 분석을 위한 종래의 GC/MS 시스템 방법에 비해 더 신속한 능동 제어 및 대응을 위한 훨씬 많은 실시간 데이터 점을 제공할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 함께 소규모의 다중-기체 분석 기기(500)의 하나의 실시형태를 도시하고 있다. MGD(500)는 기판(502)을 포함하고, 이 기판 상에는 유체 취급 조립체(501), 유체 취급 조립체(501) 내의 개별 요소에 접속되는 제어기(526), 및 검출기 어레이(510) 및 제어기(526)에 접속되는 독출 및 분석 회로(528)가 장착되어 있다. 이 도면에 도시된 실시형태는 기판(502) 상에 요소들의 하나의 가능한 배열을 도시한 것이고, 그러나, 물론 다른 실시형태에서는 기판 상에 상이하게 배치될 수도 있다.
기판(502)은, 실리콘이나 어떤 다른 반도체로 제조된 전도성 트레이스(trace)나 칩 또는 웨이퍼를 갖는 단일층 또는 다중층 인쇄 회로 기판(PCB)과 같은, 기기(500)의 요소를 위한 요구되는 물리적 지지 및 통신 접속을 제공하는 임의의 종류의 기판일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 기판(502)은 기기(500)의 컴포넌트들 사이의 광통신을 지원하기 위해 광 도파관이 형성될 수 있는 칩 또는 웨이퍼일 수도 있다.
유체 취급 조립체(501)는 필터 및 밸브 조립체(504), 전치-농축기(506), 기체 크로마토그래프(508), 검출기 어레이(510) 및 펌프(512)를 포함한다. 요소들(504-512)은 직렬로 유체적으로 접속된다. 즉, 필터 및 밸브 조립체(504)는 유체 접속부(516)에 의해 전치(pre)-농축기(506)에 유체적으로 접속되고, 전치-농축기(506)는 유체 접속부(518)에 의해 기체 크로마토그래프(508)에 유체적으로 접속되고, 기체 크로마토그래프(508)는 유체 접속부(520)에 의해 검출기 어레이(510)에 유체적으로 접속되고, 검출기 어레이(510)는 유체 접속부(522)에 의해 펌프(512)에 접속된다. 기기(500)의 하나의 실시형태에서, 요소들(504-512)은 마이크로-전자-기계(MEMS) 요소 또는 MEMS계 요소일 수 있고, 이것은 각각의 기기의 일부의 부품은 MEMS일 수 있고, 다른 부품은 아닐 수 있음을 의미한다. 기기(500)의 다른 실시형태에서, 요소들(504-512)의 일부 또는 전부는 MEMS 또는 MEMS계일 필요는 없지만, 대신에 일부의 비-MEMS 칩 스케일(chip scale) 기기일 수 있다.
도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 요소들(504-512) 사이의 유체 연결부에 의해 유체(예를 들면, 하나 이상의 기체)는 유입구(514)를 통해 필터 및 밸브 조립체(504)로 유입될 수 있고, 요소들(504-512)을 통해 유동할 수 있고, 마지막으로 유출구(524)를 통해 펌프(512)로부터 배출될 수 있다. 유체 취급 조립체(501)는 개별 요소들(504-512)을 보호하는 쉬라우드 또는 커버(513)를 또한 포함한다. 도시된 실시형태에서, 쉬라우드(513) 내에 형성된 채널은 요소들 사이의 유체 연결부를 제공하고, 그러나 다른 실시형태에서, 요소들 사이의 유체 연결부는 튜브와 같은 다른 수단에 의해 제공될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 쉬라우드(513)는 생략될 수 있다.
제어기(526)는 제어 신호를 전송하고 및/또는 개별 요소로부터 피드백 신호를 수신하도록 트레이스(130)를 통해 유체 취급 조립체(501) 내의 개별 요소에 통신가능하게 접속된다. 하나의 실시형태에서, 제어기(526)는 작업을 위해 특이적으로 설계된 주문형 집적회로(ASIC), 예를 들면, 프로세스용 휘발성 및/또는 비휘발성 기억장치, 메모리 및 통신 회로, 뿐만 아니라 다양한 회로를 제어하고 유체 취급 조립체(501)의 요소에 외부로부터 통신하기 위한 관련된 로직을 포함하는 CMOS 제어기일 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서는 대신에 제어기(526)는 제어 기능이 소프트웨어로 구현되는 마이크로프로세서일 수 있다. 도시된 실시형태에서, 제어기(526)는 기판(502)의 표면 상이나 내부에 전도성 트레이스(130)에 의해 유체 취급 조립체(501) 내의 개별 요소에 전기적으로 접속되고, 그러나 다른 실시형태에서 제어기(526)는 광학적 수단과 같은 다른 수단에 의해 요소에 접속될 수 있다.
독출 및 분석 회로(528)는, 검출기 어레이(510) 내의 개별 센서로부터 데이터 신호를 수신하고, 이 데이터 신호를 처리 및 분석할 수 있도록, 검출기 어레이(510)의 출력에 트레이스(532)를 통해 접속된다. 하나의 실시형태에서, 독출 및 분석 회로(528)는 작업을 위해 특이적으로 설계된 주문형 집적회로(ASIC), 예를 들면, 프로세스용 휘발성 및/또는 비휘발성 기억장치, 메모리 및 통신 회로, 뿐만 아니라 다양한 회로를 제어하고 외부로부터 통신하기 위한 관련된 로직을 포함하는 CMOS 제어기일 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서는 대신에 독출 및 분석 회로(528)는 제어 기능이 소프트웨어로 구현되는 마이크로프로세서일 수 있다. 일부의 실시형태에서, 독출 및 분석 회로(528)는 또한, 검출기 어레이(510)로부터 수신된 데이터 신호의 전처리, 및 독출 및 분석 회로(528)에 의해 수신된 데이터로부터 생성 또는 추출된 데이터의 후처리의 양자 모두를 위한, 증폭기, 필터, 아날로그-디지털 변환기 등과 같은 신호 컨디셔닝 및 처리 요소를 포함할 수 있다.
기기(500)의 동작 시, 본 시스템은 먼저 급전되고, 임의의 필요한 로직(예를 들면, 소프트웨어 명령)이 제어기(526) 및 독출 및 분석 회로(528)에 로드되어 초기화된다. 초기화 후, 필터 및 밸브 유닛(504) 내의 밸브는 개방되고, 펌프(512)는 유체 취급 조립체를 통한 유동을 허용하도록 설정된다. 그러면 유체는 특정 유량으로 및/또는 특정의 시간 동안 유입구(514)를 통해 유체 취급 조립체(501)로 유입되고, 필요한 시간은 통상적으로 존재 및/또는 농도가 측정되고 있는 적절한 농도의 특정의 화학물질을 생성하기 위해 전치-농축기(506)가 필요로 하는 시간에 의해 결정된다. 유체는 유입구(514)를 통해 시스템으로 유입되므로, 이것은 필터 및 밸브 조립체(504)에 의해 여과되고, 유체 취급 조립체(501) 내의 요소들(504-512)을 통해 이들 요소 사이의 유체 연결부에 의해 유동한다. 요소들(504-512)을 통한 유동 후, 유체는 배출구(524)를 통해 유체 취급 조립체로부터 배출된다.
필요한 양의 유체가 유입구(514)를 통해 유입된 후, 필터 및 밸브 조립체(504) 내의 밸브는 유체의 추가의 유입을 방지하기 위해 폐쇄된다. 밸브가 폐쇄된 후, 전치-농축기(506) 내의 히터는 전치-농축기를 가열하도록 작동한다. 열에 의해 전치-농축기에 의해 흡수 및 농축된 화학물질이 방출된다. 전치-농축기(506)로부터 화학물질이 방출될 때, 펌프(512)는 방출되는 화학물질을 기체 크로마토그래프(508) 및 검출기 어레이(510)를 통해 흡인하여 배출구(524)를 통해 배출하도록 작동된다. 펌프(512)를 작동시키면 유체 취급 조립체(501)를 통한 역류가 또한 방지된다.
전치-농축기(506)로부터 방출된 화학물질이 펌프(512)에 의해 기체 크로마토그래프(508)를 통해 흡인되고, 이 크로마토그래프는 시간 영역(time domain) 내에서 상이한 화학물질을 상호 분리시킨다. 즉, 상이한 화학물질이 상이한 시간에 기체 크로마토그래프로부터 배출된다. 상이한 화학물질이 시간에 따라 분리되어 기체 크로마토그래프(508)로부터 배출될 때, 각각의 화학물질은 검출기 어레이(510) 내로 유입되고, 여기서 검출기 어레이 내의 센서는 각각의 화학물질의 존재 및/또는 농도를 검출한다. 기체 크로마토그래프(508)에서 수행되는 시간-영역 분리는 많은 화학물질이 동시에 검출기 어레이 내로 유입되는 것을 방지하고, 따라서 어레이 내의 센서 내에서 상호 오염 및 간섭의 가능성을 방지하므로 검출기 어레이(510)의 정확도 및 감도를 실질적으로 향상시킨다.
검출기 어레이(510) 내의 개별 센서가 유입하는 시간-영역 분리된 화학물질과 상호작용할 때, 검출기 어레이는 이 상호작용을 감지하여 독출 및 분석 회로(528)에 신호를 출력하고, 그러면 이 독출 및 분석 회로는 화학물질의 존재 및/또는 농도를 판정하기 위해 이 신호를 이용할 수 있다. 독출 및 분석 회로(528)가 대상의 모든 화학물질의 존재 및/또는 농도를 판정하는 경우, 이것은 화학물질의 존재 및 그 농도의 특정의 조합으로부터 어떤 의미를 추출해 내기 위해 상호관련 및 패턴 매칭과 같은 다양한 분석 기법을 사용할 수 있다.
도 6a는 다중-기체 분석 시스템 또는 검출기(600)의 하나의 실시형태를 도시한다. MGD(600)는 모든 점에서 기기(500)와 유사하다. 기기(600)와 기기(500) 사이의 주요 차이는 기기(600)의 기판(602) 상에 무선 송수신기 회로(604)와 안테나(606)가 장착된 것이다. 무선 송수신기 회로(604)는 데이터를 송신(Tx)하는 것과 데이터를 수신(Rx)하는 것의 양자 모두가 가능하고, 독출 및 분석 회로(528) 및 안테나(606)에 접속된다. MGD(600)의 실시형태에서, 독출 및 분석 회로(528)로부터 컴퓨터(608)에 데이터를 무선으로 송신하기 위해 송수신기(604)가 사용될 수 있고, 이 컴퓨터는 시스템(200 또는 300)의 데이터/제어 센터 내에 위치될 수 있고, 데이터 센터의 전술한 기능을 수행할 수 있다.
도 6b는 다중-기체 분석 기기(650)의 대안적 실시형태를 도시한다. MGD(650)는 모든 점에서 MGD(600)와 유사하다. MGD(650)와 MGD(600) 사이의 주요 차이는 무선 송수신기 회로(604) 및 안테나(606)가 독출 및 분석 회로(528)에 접속되는 하드웨어 데이터 인터페이스(654)로 대체된 것이다. 하나의 실시형태에서, 하드웨어 데이터 인터페이스(654)는 네트워크 인터페이스 카드일 수 있고, 그러나 다른 실시형태에서 하드웨어 데이터 인터페이스는 이더넷 카드, 단순한 케이블 플러그 등일 수 있다. 외부 기기는 케이블과 같은 전통적인 수단을 통해 기기(650)에 접속될 수 있다. 비록 MGD(650, 600)는 상이한 통신 인터페이스를 가지지만 모두 동일한 기능성을 갖는다. 시스템(500)과 같이, 시스템(600)에서 기체 분석 기기(602)는 하나 또는 양자 모두의 컴퓨터(608)에 데이터를 전송하고, 컴퓨터(608)로부터 데이터를 수신할 수 있고, 이 컴퓨터는 시스템(200 또는 300)의 데이터/제어 센터 내에 위치될 수 있고, 데이터 센터의 전술한 기능을 수행할 수 있다.
도 7은 다중-기체 분석 기기(700)의 대안적 실시형태를 도시한다. MGD(700)는 모든 점에서 기기(500)와 유사하다. MGD(700)와 기기(500) 사이의 주요 차이는 MGD(700)는 독출 및 분석 회로(528)에 의해 수행된 분석의 결과를 사용자에게 전달하기 위한 탑재된 디스플레이(702)를 포함하는 것이다. 도시된 실시형태는 탑재된 문자 디스플레이(702), 예를 들면, 사용자에게 문자 정보를 전달할 수 있는 LED 또는 LCD 스크린을 사용한다. 다른 실시형태에서, 스위치 온되는 발광체에 따라 양, 음, 또는 중간 결과를 나타내는 3 개의 발광체를 구비하는 것과 같은 더 단순한 디스플레이가 사용될 수 있다. 예를 들면, 오염물의 검출에 대한 대응 시에 조사를 위해 점검 팀을 파견할 필요가 있는 경우, 이 기기는 점검요원에게 정보를 제공할 수 있다.
도 8은 다중-기체 분석 기기(800)의 대안적 실시형태를 도시한다. MGD(800)는 모든 점에서 MGD(500)와 유사하다. 기기(800)과 기기(500) 사이의 주요 차이는 기기(800)에서 유체 취급 조립체(501)의 하나 이상의 요소가 대체될 수 있다는 것이다. 도시된 실시형태에서, 요소는 소켓을 이용하여 기판(502) 상에 장착됨으로써 대체될 수 있다 즉, 필터 및 밸브 조립체(504)는 소켓(804)에 의해 기판(502)에 장착되고, 전치-농축기는 소켓(806)에 의해 기판(502)에 장착되고, 기체 크로마토그래프(508)는 소켓(808)에 의해 기판(502)에 장착되고, 검출기 어레이(510)는 소켓(810)에 의해 기판(502)에 장착되고, 펌프(512)는 소켓(812)에 의해 기판(502)에 장착된다. 하나의 실시형태에서, 소켓(804-812)은 사용자에 의한 용이한 교체를 가능하게 하는 제로 삽입력(ZIF) 소켓과 같은 소켓이고, 그러나 다른 실시형태에서는 다른 유형의 소켓이 사용될 수 있다. 비록 도시된 실시형태는 유체 취급 조립체(501)의 모든 컴포넌트들이 교체될 수 있는 것을 보여주지만, 다른 실시형태에서는 펌프(512) 및 검출기 어레이(510)와 같은 일부의 컴포넌트만이 교체될 수 있도록 제조될 수 있다. 교체가능한 유체 취급 요소의 이점은 파손된 MGD가 쉽게 수리될 수 있고, 또는 전체의 MGD를 교체할 필요 없이 상이한 체 또는 기체의 조합물을 검출하도록 쉽게 전환될 수 있다는 것이다.
요약서에서 설명된 것을 포함하여 본 발명의 도시된 실시형태의 위의 설명은 개시된 정확한 형태에 본 발명을 망라하고 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 특정의 실시형태 및 실시예는 설명의 목적을 위해 기술된 것이고, 관련된 기술분야의 당업자가 인식하는 바와 같이 청구항의 범위 내에서 다양한 등가의 개조가 가능하다. 이들 개조는 위의 상세한 설명을 고려하여 실시될 수 있다.
이하의 청구항에서 사용되는 용어는 명세서 및 청구범위에서 개시되는 특정의 실시형태로 본 발명을 제한하도록 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 발명의 범위는 다음의 청구항에 의해 전적으로 결정되어야 하고, 청구항은 청구항 해석의 확립된 원칙에 따라 해석되어야 한다.

Claims (36)

  1. 관련된 영역 내에 위치되는 복수의 다중-기체 분석 기기 - 각각의 다중-기체 분석 기기는 하나 이상의 기체의 존재, 농도, 또는 양자 모두를 검출할 수 있음 -; 및
    상기 복수의 다중-기체 분석 기기의 각각에 통신가능하게 접속되는 데이터/제어 센터를 포함하는 장치로서, 상기 데이터/제어 시스템은 로직을 포함하고, 상기 로직은, 실행되었을 때, 상기 데이터/제어 센터로 하여금
    상기 복수의 다중-기체 분석 기기로부터의 측정치를 모니터링하게 하고,
    만일 임의의 측정치가 하나 이상의 오염물의 존재를 나타내면, 상기 복수의 다중-기체 분석 기기로부터의 측정치에 기초하여 상기 오염물의 발생원을 확인하게 하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 관련된 영역에 위치되는 적어도 하나의 풍속계를 더 포함하고, 상기 풍속계는 상기 데이터 및/또는 제어 센터에 통신가능하게 접속되는, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 풍속계는 대응하는 다중-기체 분석 기기와 쌍을 이루는, 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    각각의 풍속계는 복수의 다중-기체 분석 기기와 쌍을 이루는, 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    복수의 풍속계는 각각의 다중-기체 분석 기기와 쌍을 이루는, 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 풍속계는 적어도 공기 풍속 및 풍향을 측정할 수 있는, 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 풍속계는 공기 온도, 공기 압력, 및 습도를 더 측정할 수 있는, 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터/제어 시스템은 상기 관련된 영역 내의 토폴로지(topology)에 관한 데이터를 포함하는, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 관련된 영역은 실내인, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 데이터/제어 시스템은 상기 관련된 영역의 통기 시스템에 통신가능하게 접속되어, 상기 통기 시스템의 작동을 제어할 수 있는, 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    필터를 통해 유동하는 공기를 채취할 수 있도록 적어도 하나의 다중-기체 검출기가 상기 필터에 유체적으로 접속되는, 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    적어도 하나의 다중-기체 검출기는 상기 다중-기체 검출기로부터 상기 다중-기체 검출기의 근처까지 연장되는 하나 이상 시료채취용 튜브에 유체적으로 접속되는, 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    각각의 시료채취용 튜브는 흡착제 트랩을 포함하는, 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 관련된 영역은 실외인, 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 기체 분석 기기의 각각은 상기 관련된 영역 내의 프로세스 설비의 근처에 위치되는, 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 데이터/제어 시스템은 각각의 프로세스 설비에 통신가능하게 접속되어, 상기 프로세스 설비의 작동을 제어할 수 있는, 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    적어도 하나의 다중-기체 검출기는 상기 다중-기체 검출기로부터 상기 관련된 프로세스 설비 내의 장소나 그 근처까지 연장되는 하나 이상의 시료채취용 튜브에 유체적으로 접속되는, 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 다중-기체 분석 기기 중 적어도 하나는,
    기판;
    유체 유입구 및 유체 유출구를 갖고, 상기 기판에 장착되는 기체 크로마토그래프;
    유체 유입구 및 유체 유출구를 갖고, 상기 기판에 장착되는 검출기 어레이 - 상기 검출기 어레이의 유체 유입구는 상기 기체 크로마토그래프의 상기 유체 유출구에 유체적으로 접속됨 -;
    상기 기체 크로마토그래프와 상기 검출기 어레이에 접속되고, 상기 기체 크로마토그래프 및 상기 검출기 어레이와 통신할 수 있는 제어 회로; 및
    상기 검출기 어레이 및 상기 제어 회로에 접속되고, 상기 제어 회로 및 상기 검출기 어레이와 통신할 수 있는 독출 회로를 포함하는, 장치.
  19. 관련된 영역 내에 복수의 다중-기체 분석 기기를 위치시키는 단계 - 각각의 다중-기체 분석 기기는 하나 이상의 기체의 존재, 농도, 또는 양자 모두를 검출할 수 있음 -;
    상기 복수의 다중-기체 분석 기기의 각각에 데이터/제어 센터를 통신가능하게 접속하는 단계;
    상기 복수의 다중-기체 분석 기기의 출력을 모니터링하는 단계; 및
    만일 상기 복수의 기체 분석 기기가 지정된 기체의 존재 및/또는 비정상적 농도를 검출하면, 상기 복수의 다중-기체 분석 기기의 출력에 기초하여 상기 지정된 기체의 발생원을 확인하는 단계를 포함하는, 프로세스.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 프로세스는 상기 관련된 영역에 적어도 하나의 풍속계를 위치시키는 단계 및 상기 데이터/제어 센터에 상기 적어도 하나의 풍속계를 통신가능하게 접속시키는 단계를 더 포함하는, 프로세스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    각각의 풍속계는 대응하는 다중-기체 분석 기기와 쌍을 이루는, 프로세스.
  22. 제 20 항에 있어서,
    각각의 풍속계는 복수의 다중-기체 분석 기기와 쌍을 이루는, 프로세스.
  23. 제 20 항에 있어서,
    복수의 풍속계는 각각의 다중-기체 분석 기기와 쌍을 이루는, 프로세스.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 풍속계는 적어도 공기 풍속 및 풍향을 측정할 수 있는, 프로세스.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 풍속계는 공기 온도, 공기 압력, 및 습도를 더 측정할 수 있는, 프로세스.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 프로세스는 상기 데이터/제어 센터 내의 관련된 영역으로부터 토폴로지 데이터를 저장하는 단계를 더 포함하는, 프로세스.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 관련된 영역은 실내인, 프로세스.
  28. 제 19 항에 있어서,
    상기 프로세스는 상기 관련된 영역의 통기 시스템에 상기 데이터/제어 시스템을 통신가능하게 접속하는 단계를 더 포함하여, 상기 데이터/제어 시스템이 상기 통기 시스템의 작동을 제어할 수 있도록 하는, 프로세스.
  29. 제 27 항에 있어서,
    적어도 하나의 다중-기체 검출기는 필터를 통해 유동하는 공기를 채취할 수 있도록 상기 필터에 유체적으로 접속되는, 프로세스.
  30. 제 27 항에 있어서,
    적어도 하나의 다중-기체 검출기는 상기 다중-기체 검출기로부터 상기 다중-기체 검출기의 근처까지 연장되는 하나 이상의 시료채취용 튜브에 유체적으로 접속되는, 프로세스.
  31. 제 30 항에 있어서,
    각각의 시료채취용 튜브는 흡착제 트랩을 포함하는, 프로세스.
  32. 제 19 항에 있어서,
    상기 관련된 영역은 실외인, 프로세스.
  33. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 기체 분석 기기의 각각은 상기 관련된 영역 내의 프로세스 설비의 근처에 위치되는, 프로세스.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 데이터/제어 시스템은 각각의 프로세스 설비에 통신가능하게 접속되어, 상기 프로세스 설비의 작동을 제어할 수 있는, 프로세스.
  35. 제 33 항에 있어서,
    적어도 하나의 다중-기체 검출기는 상기 다중-기체 검출기로부터 상기 관련된 프로세스 설비 내의 장소나 그 근처까지 연장되는 하나 이상 시료채취용 튜브에 유체적으로 접속되는, 프로세스.
  36. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 다중-기체 분석 기기 중 적어도 하나는,
    기판;
    유체 유입구 및 유체 유출구를 갖고, 상기 기판에 장착되는 기체 크로마토그래프;
    유체 유입구 및 유체 유출구를 갖고, 상기 기판에 장착되는 검출기 어레이 - 상기 검출기 어레이의 유체 유입구는 상기 기체 크로마토그래프의 상기 유체 유출구에 유체적으로 접속됨 -;
    상기 기체 크로마토그래프와 상기 검출기 어레이에 접속되고, 상기 기체 크로마토그래프 및 상기 검출기 어레이와 통신할 수 있는 제어 회로; 및
    상기 검출기 어레이 및 상기 제어 회로에 접속되고, 상기 제어 회로 및 상기 검출기 어레이와 통신할 수 있는 독출 회로를 포함하는, 프로세스.
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