KR0184899B1

KR0184899B1 - 수분감응장치 또는 절차에 사용된 요염물질의 네가티브 임펙트를 감소시키기 위한 역류장치 및 그 감소방법

Info

Publication number: KR0184899B1
Application number: KR1019930701882A
Authority: KR
Inventors: 메테스 쟈콥
Original assignee: 베버리 화이트; 미코 인코포레이티드
Priority date: 1990-12-18
Filing date: 1991-12-11
Publication date: 1999-05-15
Also published as: WO1992011530A1; DE69130833D1; EP0563236A4; US5198094A; JPH06503887A; JP3043413B2; DE69130833T2; CA2098487A1; EP0563236A1; EP0563236B1

Abstract

역류장치(10)는 기체흐믈을 이용하고 아울러 기체흐름의 성분을 측정하기 위한 센서(20)를 가지는 분석기를 위해 적용된다. 역류장치의 기체 입구(12)와 기체출구(14)사이에 배치된 적어도 하나의 요소가 전형적으로 불필요한 불순물을 방출시키기 때문에, 역류장치는 기체흐믈의 일부분을 불순물 방출요소(들) 쪽으로 향하는 역류로서 흐름을 전환시킨다. 역류는 분석기의 센서와 접촉함이 없이 출구로 들어간다.

Description

[발명의 명칭]

수분감응장치 또는 절차에 사용된 오염물질의 네가티브 임펙트를 감소시키기 위한 역류장치 및 그 감소방법

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 어떠한 오염물질의 네가티브 임펙트(negative impact)를 감소시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 그와 같은 오염물질은 기체를 사용하는 장치나 절차에 이용될 수 있으며 또한 이러한 물질은 그 기체에 포함된 수분에 민감하다. 본 발명은 예컨대, 기체내의 수분농도를 측정하는 장치나 절차에 적용될 수 있다. 보다 상세하게는, 본 발명은 짧은 감응시간내에 몇 부피 ppb만큼 낮은 수분농도를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

[발명의 배경]

많은 산업공정에서, 유동기체류의 수분농도는 고도의 속도 및 정확도로서 측정·분석되어야만 한다. 그와 같은 측정 및 분석은 수분농도가 각종 생산제품의 품질에 결정적으로 작용하기 때문에 요구되는 것이다. 결론적으로, 기체의 수분을 측정하는데는 복합적이고도 정교한 장치가 이용되는 것이다. 이들 장치는 여러 원리를 기초로 하는 습도계 형식이 있지만 전형적으로 패러디법칙의 원리하에서 동작하는 전해질 셀을 이용한다. 기본적으로 전해질 셀은 적어도 2개의 전기절연된 전극(전선)이 내부둘레에 평행하게 나선형으로 감겨지고 흡수막으로 덮혀진 중공유리관으로 구성된다. 이들 전극은 셀의 내벽의 표면적에 대해 대략 절반 정도를 덮는다. 분석되어질 기체는 공지의 유동속도로 셀에 들어가고 막은 기체류에 존재하는 모든 수분분자를 흡수한다. 전극들을 가로질러 전압이 공급되고, 이 전압은 막에 있는 수분을 전기분해 시킨다. 발생된 전류로서 수분 분자들이 전기분해되는 속도를 측정한다. 평형값에 도달하는 즉시, 수분 분자가 셀에 들어가는 속도는 그와 같은 분자가 전기분해되는 속도와 정확하게 일치될 것이다. 결론적으로, 기체중의 수분농도는 더이상의 어떠한 검정없이 인지될 것이다.

그러나, 그와 같은 장치는 일반적으로 궁극적으로 수많은 응용물에 적응하는데 감응시간이 너무 짧고 또한 수분의 저농도를 측정하기가 곤란하다.

예컨대, 참고로 본 발명에서 참고로 하는 디.에이.자코 명의의 미국특허 제4,800,000호에 기재된 전해질 셀은 대략 2.000 내지 5 부피 ppb의 상태에서 수분농도에 감응한다. 이 셀은 도입수분농도의 변화에 따라서 1.5ppm 만큼 작은 변화에서도 약 5분후 대략 90%의 최종평형값에 도달한다. 그와 같은 감도 및 반응시간이 인상적이긴 하나, 개선이 요구된다.

상세하게는, 공지의 전해질 장치는 검출 셀을 제 위치에 기계적으로 고정시키기 위해 에폭시 필러(epoxy filler)와 같은 패킹재료를 사용한다. 에폭시 역시 전극의 전기절연물로서 그리고 실질적인 검출기의 입구와 출구 사이에 누설방지벽으로서 역활을 하며, 상기 검출기는 전형적으로 셀의 중공유리관이다. 에폭시 벽은 샘플기체가 셀의 유리관 둘레가 아닌 유리관을 통해서만 흐를 수 있도록 한다. 마지막으로, 이 에폭시는 전기 접속부가 셀 몸체의 금속하우징을 통해 침입하는 곳에 누설방지벽을 제공한다.

그의 많은 기능의 결과로서, 패킹재료는 검출셀의 입구, 출구 양자의 부근에 제공된다. 그와 같은 재료는 비교적 다공성이어서 기체류로부터 또는 기체류내로 수분을 흡수 또는 방출하도록 하는 것으로 알려져 있다. 플라스틱, 에폭시 등과 같은 패킹재료의 기체방출성질, 흡수성질 및 제거 성질이 장애물을 형성하여 고순도 기체류에 낮은 수분농도에 도달하는데 장애를 준다는 것은 공지된 사실이다.

몇몇 예상되는 매키니즘들은 그와 같은 오염물질의 존재에 의해 이들 습도계의 동작을 제한한다. 그와 같은 매카니즘에 있어, 패킹재료에 포함된 잔여수분이 그 재료로부터 빠져 나올때 기체방출(outgassing)은 발생하고 결국 시험상태에서 유동기체류와 결합한다. 이 오염물질은 장치의 저검출한계를 막는다.

감응시간을 제한하는 제2매카니즘은 패킹재료에 의해 기체류에 출현하는 수분의 흡수 및 그 재료로부터 기체류로의 제거(또는 방출)이다. 한편으로는, 이 매카니즘은 습기체로부터 건조기체로의 변화시 사전에 흡수된 수분을 기체류로 제거시킨다. 분석상태의 기체가 비교적 건조하고 그리고 비교적 장시간동안 분석했을 때는 반면에 패킹재료의 표면은 건조되기도 한다. 결론적으로, 이 재료는 기체의 수분존재가 검출기에 도달하기 전 그리고 전해질 셀의 유리관에 들어가기 전에 얼마동안 입구에 있는 기체로부터 수분을 흡수하기도 한다. 이들 양자의 경우 셀의 수분측정은 변경된 조건하에서 평형상태에 도달하기 위해서는 장시간 취해질 것이다.

전해질 셀에 대해, 셀의 입구측에 있는 에폭시의 존재로 생긴 부정적 영향을 바로 알 수 있다. 그러나 출구측에 있는 에폭시의 존재는 그 반대의 효과를 갖는다. 출구측의 오염은 유리관에 빠져 나가는 미소한 샘플기 체류에 반하여 수분의 역확산(back diffusion)을 통해 발생한다.

일반적으로, 종래 장치의 구조는 가스방출, 흡수 및 제거의 바람직하지 못한 매카니즘을 제공한다. 아울러, 이들 매카니즘은 온도 및 압력에 좌우된다.

[발명의 개요]

따라서, 본 발명의 1목적은 어떤 오염물질의 네가티브 임펙트를 감소시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 그와 같은 물질은 기체를 사용하는 장치나 절차에 함께 이용되기도 하며 또한 이러한 것은 그 기체에 포함된 수분에 민감하다. 본 발명의 다른 목적은 기체상태 중의 수분의 조숙한 측정을 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 1부피 ppb의 상태로 수분농도를 분석할 수 있는 저 검출한계의 검출방법 및 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 습도계의 감응시간을 단축시키는데 있다.

이들 목적은 역류구성 중에 습도계를 주요요소로 하는 형태를 취하는 본 발명에서 얻어진다. 역류는 수분의 진행을 제어시키는데 아주 효과적이다. 수분분자들을 건조기체의 유동에 반하여 확산시키기란 어려운 것이다. 본 출원인 회사 미코, 인코포레이티드의 실험치는 1/4인치 직경 파이프를 통과하는 100cc/min의 건조기체류에 있어, 상류측 2인치 위치에서 수분농도에 대해 1600ng/min의 수분근원의 충격은 2ppb보다 작다는 것을 나타냈다. 이 거동의 설명은 수분분자의 점착성(Sticky) 성질에서 찾을 수 있다.) 그러한 분자들은 예컨대 파이프라인의 내벽과 더불어 국부적인 흡수/제거 평형상태를 연속적으로 형성함으로써 파이프라인을 통해 전파된다. 얼마의 기압을 가지는 정규동작 기체압에서, 기체분자의 평균자유로(충돌을 만들지 않고 1분자에 의해 덮여진 거리)는 극히 작다. 1분자는 매초 수백만회의 충돌을 일으키고 그중 얼마는 파이프벽에서 일어난다. 벽면충돌이 벽상에 이미 점착된 또는 벽에 의해 흡수된 다수의 수분분자에 따른 후 수분분자가 벽상에 붙어버릴 가능성이 있다. 따라서, 1분자가 붙어버릴 가능성은 건조벽에서는 매우 높고 젖어 있는 벽에서는 상대적으로 낮다. 비 점착성(non-sticky)분자에 대한 수분분자의 이러한 거동과 대조하여, 후자가 붙어버릴 가능성은 매우 낮고 또한 벽의 표면에 의해 이미 흡수된 같은 수의 분자에는 거의 좌우되지 않는다.

앞서 거론된 이유로 인해, 수분의 주행을 제어하는데는 역류구성이 매우 효과적이다. 그와 같은 구성은 예컨대 질소중에 산소의 자취와 같은 기체류예 있어 기타 추적성분의 함량을 측정하는 검출장치에는 도움이 된다. 수분분자와는 달리, 기체상 성분은 점착성이 없기 때문에, 이들 성분은 수분분자보다 더 양호한 역류에 의해 오염근원지로부터 측정장치로 이동할 것이다. 그럼에도 불구하고, 길고도 작은 직경의 기하물을 통과하는 거대한 역류가 제공된다면 거의 점착성이 없는 기체상 성분에 의한 또는 입자류에 의한 기체류의 오염은 억제될 수 있다.

본 발명에 있어 오염이 가능한 근원지에 대해 기체류의 상류측에 실제적인 검출기와 같은 수분농도에 감응하는 구성요소를 배치함으로써 전술한 목적 및 잇점들을 성취한다. 센서로부터 멀리 떨어져 흐르는 기체는 무용적이며, 검출에 필요한 성분의 기체 하류측의 오염은 충격측정에 악영향을 미치지 않을 것이다.

오염물(contamination)은 수분의 기체방출 및 수분흡수 및 제거의 바람직하지 못한 서로 유사한 매카니즘을 포함한다. 그와 같은 오염물의 가능한 근원은 일반적으로 얼마간 연질이고, 비금속물질, 다공성물질, 또는 비교적 큰 표면적을 가지는 물질이다. 데드(dead)부피(기체류가 없는 부피) 역시 오염될 수 있다.

오염의 근원은 앞서 거론한 바와같이 샘플 흐름이 분석기 또는 시험기구에 도달하기 전에 샘픔흐름에 의해 통과된 영역이나 지점을 포함한다. 그와 같은 영역에 의한 오염의 기타 가능한 형태는 예컨대 통상적인 칠드 미러(chilled mirror) 습도계에 의해 예시되기도 한다. 그와 같은 기구에 있어, 수분농도는 냉각되어진 미러의 표면상에 있는 수분(이슬점에 도달된)의 응축의 개시점을 관찰하면서 미러의 온도를 모니터함으로써 측정된다. 미러는 냉각장치의 상부에 위치한다. 샘플기체와 직접 접촉하고 있는 냉각장치의 정해진 영역이나 지점은 그 장치에 의해 냉각된 미러의 표면보다 더 냉각되는 경우도 있다. 따라서, 수분은 분석기의 실질적인 센서인 미러 상에서 응축되기 전에 냉각장치의 이들 영역상에서 응축될 수도 있다. 이 경우, 그와 같은 영역이 오염의 근원일 것이다.

냉각장치를 향하고 미러의 표면으로부터 멀리 떨어져 있는 방출기체의 역류는 샘플기체의 수분의 조기 응축을 막을 것이다. 이 상황에 있어, 샘플기체류로부터 기체분자들이 잠재적인 오염의 영역의 부근에 도달하자마자 이들 분자는 방출역류에 이끌려진다. 결과적으로, 그와 같은 분자들은 센서에 도달하는 샘플기체류로부터 제거될 것이다. 센서에 도달하는 샘플기체류는 따라서 오염영역과 접촉하지 않는 상태로 될 것이다.

전해질 셀에 대해, 오염의 특수근원지는 검출기를 기계적으로 위치시키는데 사용된 물질, 누설방지벽을 형성시키고 셀을 통해 기체를 강요하는데 사용된 물질, 및 검출기에 대해 그리고 검출기로부터 전극을 전기적으로 절연시키고 밀봉시키는 물질을 포함한다. 전해질 셀에 있어, 본 발명의 역류기하는 측정된 샘플흐름의 오염을 방지하기 위해 검출 셀을 방출하는 샘플기체류 및 바이패스 기체류를 이용한다. 오염물질은 그와 같은 구성에 있어 방출흐름에 반하여 유동하여 측정에 악영향을 미친다.

본 발명의 다른 태양에 있어, 패킹재료는 전극에 대한 용접가능하거나 납땜가능하고 전기적으로 누설방지된 세라믹 피이드드로우(feedthrough)와 결합된 압축식 유리금속 접속부(연질페루울과 같은)에 의해 대치된다. 그와 같은 접속부와 피이드드로우는 자콥 메테스에 의해 1990.10.3자 출원된 에폭시-레스 로-레벨 수분측정시스템 및 방법 명칭의 미국특허 출원에 기재되어 있다. 이 출원은 본 명세서 전반에 걸쳐 이용되고 있다.

여기서 기재된 오염감소역류구조는 접속부와 피이드드로우와 같은 것을 포함하는 기구에 적용될 수 있으며, 그에 의해서 연질의 물질, 세라믹재료, 및 데드영역에 의해 가능한 오염의 충격을 감소시킨다.

[도면의 간단한 설명]

본 발명의 전술내용 및 기타 태양, 특징, 및 잇점들을 첨부도면의 설명으로부터 명백해질 것이다.

제1도는 역류기하를 이용하고 있는 전해질 셀의 개략도이다.

제2a도는 본 발명에 따른 전해질 셍의 횡단면도로서 입구측에서의 역류형태의 구현예를 보여주는 도면이다.

제2b도는 본 발명에 따른 전해질 셀의 횡단면도로서 출구측의 역류형태를 보여주는 도면이다.

제3도는 제2a도 및 2b도와 같은 형태를 취했을 때 검출유닛의 출구를 방출할 때의 전극 와이어를 보여주는 도면이다.

제4도는 연질의 페루올, 섬유금속 밀봉 및 용접된 세라믹 피이드드로우를 이용하는 에폭시-레스 구조를 갖춘 전해질 셀에 적용된 역류구성을 보여주는 도면이다.

제5도는 제4도에 도시된 셀의 횡단면도로서, 전극을 위한 용접가능하거나 납땜가능한 전기적으로 수수방지되는 세라믹 피이드드로우를 보여주는 도면이다.

[상세한 설명]

그럼 제1도에 대해 설명한다면, 본 발명에 따른 분석기(10)는 중공 전해질 검출유닛 또는 센서(25)를 통해 샘플기체를 통과시켜 그 기체가 유닛(20)의 내면상에 형성된 수분흡수 피복물(도시하지 않았음)과 접촉하도록 한다. 흡수된 물은 전기분해되어져서 패러디 법칙에 따라 사용된 전류를 측정함으로써 수분농도는 결정되어진다. 그 결정 결과치는 예컨대 ppb 단위의 적절한 출력값을 나타내도록 조정되어지기도 한다.

이 장치(1)는 일반적으로 입구(12), 출구(14), 바이패스 출구(16), 전극(18), 및 하우징(22)내의 검출유닛(20)으로 이루어진다. 전해질 검출유닛(20)은 전형적으로 장치(10)의 높은 검출한계 및 느린 감응시간을 제한하면서 에폭시(24) 또는 종종 물의 흡수/제거 및 가스방출에 대해 그다지 바람직하지 못한 성질을 나타내는 기타 패킹재료로서 제위치에 고정된다. 본 발명에 있어, 검출유닛(20)의 입구 및 출구는 패킹재료의 수분으로부터 충분거리를 갖는 기체류의 상류측에 위치되어져서, 패킹재료로부터 검출유닛(20)의 입구 또는 출구 어느쪽으로 이동될 가능성을 최소화한다.

화살표(26)로 지시된 기체류는 패킹재료(24)로부터 도망가는 수분이 기체류의 흐름에 반하여 흐르게 되어 검출유닛(20)의 입구에 도달하도록 되어 있다. 유사하게, 화살표(28)로 도시한 출력기체는 방출에 앞서 패킹 재료쪽으로 흐른다. 이 역류구조는 패킹재료로부터 또는 샘플 유동출구(14)과 같은 기타 근원지로부터 도망가는 수분이 검출유닛(20)의 출구로 들어간 가능성을 최소화시킨다. 흡수/제거가 관련되어 있는 한, 기체 검출유닛(20)은 패킹재료(24)와 접촉상태로 되지 않고 그와 같은 접촉시에 일어나는 늦은 감응시간을 피할 수 있게 된다.

제2a도 및 2b도에 대해 설명한다면, 이 도면들은 본 발명에 따른 전해질 셀의 구현예를 보여준다.

에폭시(44)를 받아들이기 위해 중앙개구(62)가 하우징(34)에 제공된다. 개구(62)는 하우징(34)을 통해 완전하지는 않지만 절반이상이 수평으로 통과하도록 형성된다. 이 개구(62)의 사이즈는 하우징(34)의 높이 또는 검출유닛(20)의 길이 중 어느 것 보다도 작다. 에폭시(44)는 셀(60)의 제조과정 중 개구(62)의 수용되어져서 일부가 유닛(20)과 하우징(34) 사이의 공간(64)에 채워진다.

에폭시(44)의 중앙수용은 유닛(20)의 중심을 둘러싸는 하우징(34)의 중심에 에폭시(44)가 제한되도록 하고, 그에 의해 유닛(20)의 입구(36) 및 출구(38)로부터 절연되어지게 한다. 아울러, 에폭시(44)의 극소표면적만이 기체와 실질적으로 접촉하게 되어, 에폭시(44)에 의한 오염을 감소시킬 수 있게 된다.

본 발명은 무관한 수분이나 기타 불순물이 검출유닛(20)으로 들어오는 것을 배제하기 위하여 유동기체류에 따른 역류기하를 제공한다.

가급적이면 전기가공된 스테인레스강으로 유닛(20)의 외경보다 큰 내경을 가지는 중공관 또는 슬리이브(70)가 유닛(20)의 상단을 둘러싼다. 관(70)과 유닛(20)의 관계는, 후술하는 바와같이, 역류(제2a도중 화살표(D)로 예시됨)를 발생시킨다.

제2a도에서 화살표(A)로 지시된 샘플기체가 우선적으로 관(70)에 들어간다. 기체(A)가 관(70)의 하방으로 통과함에 따라, 기체(A)는 유닛(20)의 입구(36)와 만난다. 입구(36) 위치에서, 기체(A)는 샘플기체(B)와 기체(D)로 분리되고, 이 샘플기체는 유닛(20)만으로 통과해서 분석된다. 기체(D)는 유닛(20)으로 들어가는 것이 아니라 공동(72)내의 유닛(20)과 관(70)사이를 통과한다. 관(70)의 종단부 위치에서, 기체(D)는 가스켓(74), 하우징(34), 및 에폭시(44)가 대안적인 개구를 밀폐시키기 때문에 바이패스 유동출구(58)를 향해 상향으로 강제된다. 기체(D)는 그 다음 바이패스 기체(C)로서 셀(60)을 빠져나온다. 바이패스 기체는 샘플(B)을 형성하지 않는 기체(A)의 부분이 유닛(20)으로 바이패스되기 때문에 그렇게 불려진다.

에폭시(44)로부터 누설되는 얼마의 수분은 기체(D)의 힘에 반하여 공동(72)의 상부로 주행하여 입구(36)에 도달하고 샘플기체(B)를 오염시킨다. 거론한 바와같이, 기체(D)와 같은 역류는 경우에 따라 그와 같은 주행을 어렵게 하여서, 결국 샘플기체(B)의 오염은 실질적으로 배제된다.

유사하게, 본 발명은 출구(38) 근처에 역류기하를 제공하여 샘플기체(B)의 오염을 억제시킨다. 롯드(76)는 통로(48) 속을 상황하여 돌기한다. 이 롯드(77)는 가급적 전기처리된 스테인레스 강으로서 상부에는 원통형 노치(77)가 형성된다. 노치(77)는 유닛(20)의 외경보다 큰 내경을 가지며 유닛(20)의 외측을 따라 길게 뻗은 2개의 전극와이어(82,84)(제2b도에는 도시되어 있는)가 인접 구성품과 접촉하지 않도록 충분한 간격을 이룬다. 전극와이어(82,84)에 대한 상세한 설명은 제3도에 관련해 후술될 것이다. 또한, 롯드(76)는 노치(77)가 출구(38)를 포함하는 유닛(20)의 하단을 에워쌀 수 있도록 통로(48) 속으로 충분히 멀리 연장된다. 롯드(76)와 유닛(20)의 관계는 이제 설명되어지는 바와같이 역류(E)를 발생시키는 하나의 댐을 형성한다.

분석 후에, 샘플기체(B)는 출구(38)를 통해 유닛(20)을 빠져나온다. 그런 다음, 기체(B)는 유닛(20)을 빠져나온다. 그런다음, 기체(B)는 유닛(20)과 노치(77)의 측벽사이에 형성된 채널(78)을 들어가서 역류(E)를 일으킨다. 역류(E)는 채널(78)을 통해 위로 주행하여 배출기체(F)로서 셀(60)을 떠난다.

명백히, 에폭시(44)로부터 누설되는 어떠한 수분도 출구(38)에 도달하기 위해 역류(E)의 흐름에 반하여 채널(78)의 하방으로 주행하게 된다. 그 다음 이 수분은 검출을 위해 샘플기체류(B)에 대해 확산된다. 역류(E)의 존재는 가능한한 그와 같은 주행을 어렵게 하여서, 샘플기체(B)의 오염은 감소하게 된다.

마지막으로, 본 발명에 따라 셀(60)의 외부의 전기부품들에 대해 와이어(82, 84)를 접속시키는 방법을 개선함으로써 제조공정 상의 어려움도 감소될 수 있다. 제3도에서 보는 바와같이, 전극와이어(82, 84)는 에폭시(44)로 채워질 중앙개구(62)속에 바로 놓여진다. 에폭시(44)가 부어져서 고정된 다음, 이 에폭시는 제위치로 와이어(82, 84)를 고정시킨다. 따라서, 와이어(82, 84)는 유닛(20)에 들어갔을때 와이어 상에 발휘된 힘에 관계없이 장치(10)의 전기 터미널에 안전하게 접속될 수 있다.

제4도에 도시된 바와같이, 본 발명의 역류구조는 연질의 페루올, 용접된 세라믹 피이드드로우와 같은 결합하는 유리금속 시일을 이용하는 에폭시-레스 전해질 셀에 적용될 수 있다. 연질 페루울, 유리금속시일 및 용접된 세라믹 피이드드로우에 대한 상세한 설명은 상기한 에폭시-레스 로-레벨 수분 측정 시스템 및 방법 명칭의 미국특허출원중에 기재되어 있다.

제4도에 있어, 화살표(A)로 지시된 샘플되어질 기체는 관(104)에 의해 형성된 채널(102)에 도입된다. 관(104)은 너트(114)를 이용하는 이떠한 접속부에 의해 하우징(98)안에 유지되며, 상기 접속부는 카존 캄파니 회사의 VCR^R상표로서 시판되는 것일 수 있다. 기체(A)가 채널(102) 밑으로 통과함에 따라, 이 기체는 검출유닛(95)의 입구(94)와 만난다. 입구(94)에서, 기체(A)는 유닛(95)안을 통과하여 분석되는 샘플기체(B)와 기체(D)로 분리된다. 기체(D)는 유닛(95)을 들어가지 않고, 유닛(95)과 관(104)사이를 통과하여 역류를 형성해서 입구(94)가 오염되는 것을 막는다.

VCR^R가스켓(106)은 하우징(98)에 대해 관(104)을 밀봉시킨다. 가스켓(106)의 중앙개구와 플러그(124)를 접속시키는데 사용된 가스켓(후술됨)의 중앙개구는 가스켓의 좁은 통로를 통해 국부적으로 고속유동을 일으키는데 필요한 최소직경을 가진다. 그와 같은 유동은 역류의 효율을 증대시킨다. 가스켓의 직병은 그러나 검출유닛(95)을 통과시키기고 설치를 쉽게 하는 정도로 충분히 크다.

유닛(95)과 가스켓(106) 사이를 통과해서 압축성 시일(108)에 의해 봉쇄된 기체(D)는 관(118)에 의해 형성된 채널(116)을 통과하는 바이패스 기체(D)로서 셀(100)을 빠져나간다. 관(118)은 너트(120)를 이용하는 VCR^R접속부에 의해 하우징(98)에 유지된다. 시일(108)로부터 누설되는 얼마의 수분은 기체(D)의 흐름에 대해 상향으로 주행하여 입구(94)에 도달하고 샘플기체(B)를 오염시킨다. 기체(D)에 의해 제공된 유동의 상기한 효과는 경우에 따라서는 그와 같은 역류를 어렵게 하고 결국에는 샘플기체(B)의 오염을 감소시키게 되는 것이다.

유사하게, 역류기하는 출구(96)근처에 제공되어 샘플기체(B)의 오염을 억제시킨다. VCR^R플러그(124)에 형성된 공동(122)은 샘플기체(B)가 출구(96)를 떠나서 화살표(E)로 표시된 유동을 일으킬 때 샘플기체(B)의 방향을 바꾸게 한다. 이 유동은 오염물질이 출구(96)로 도입되는 것을 막는다. 플러그(124)를 접속시키는데 사용된 가스켓의 중앙개구의 직경은 검출유닛(95)을 통과시킴과 아울러 검출유닛(95)의 외측을 따라 길게 뻗는 2개의 전극와이어(제4도에는 도시하지 않았음)가 가스켓과 접촉됨이 없이 통과하는데 충분한 공간을 제공할 수 있도록 충분히 크다. 길게뻗은 전극 와이어에 대한 상세한 설명은 제5도에 관한 설명중에 함께 할 것이다.

역류(E)는 후속적으로 관(128)에 의해 형성된 채널(126)을 통해 방출기체(F)로서 셀(100)을 떠난다. 관(128)은 너트(130)을 이용하는 VCR^R접속부에 의해 하우징(98)에 유지된다. 시일(108)로부터 누설된 얼마의 수분은 기체(E)의 유동에 대해 하방으로 주행하여 출구(96)에 도달하게 되고 샘플기체(B)를 오염시킨다. 기체유동(E)의 존재는 경우에 따라 그와 같은 역류를 어렵게 하고, 결국 샘플기체(B)의 오염은 놀랄만큼 감소된다.

시일(108)은 가급적 연질의 압축성 재료로 형성된 원추형 페루울이 좋다. 시일(108)의 형상은 하우징(98)의 절두원추형 테이퍼(110)과 결합할 수 있게 한다. 특별히 세밀한 나선을 가지는 나선형 록 스크루우(112)가 하우징(98)상의 나선과 맞결합한다. 스크루우(112)가 하우징(98)속으로 나선결합함에 따라, 스크루우는 시일(108)상에 하향력을 발휘하면서 그리고 테이퍼(110)에 대해 밀봉접합부로 시일(108)을 압착시키면서 시일(108)과 접촉한다. 스평력 성분은 그에 의해 발생되어져서 시일(108)을 강제하고, 이것은 유닛(95)을 하우징(98)내에 동심상태로 고정시키기 위해 검출유닛(95)의 중심근처에 위치하여져서 유닛(95)을 둘러싼다. 유닛(95) 및 테이퍼(110)에 대해 압착된 시일(108)은 아울러 셀(100)의 입구(88)와 출구(90) 사이의 기체누설을 막는다. 그와 같은 누설은 가끔 셀(100)의 유닛(95)을 통과하는 샘플유동을 우회시켜서 그 샘플유동의 그릇된 수분 농도계산을 야기시킨다.

스크루우(112) 및 테이퍼(110)이 오염에 의해 발생된 힘을 유용하게 적용시키기 위해, 시일(108)은 압축성을 가져야만 한다. 시일(108)은 통상 유리재질인 검출유닛(95)을 안전하게 보호하기 위해 연질이어야 한다. 따라서, 시일(108)을 위한 적당한 재료는 Teflon^K과같은 플라스틱 재질을 포함한다. 고순도 기체 시스템으로부터 모든 플라스틱을 배제하는 것도 이상적일 수 있다. 플라스틱 시일(108), 스크루우(112), 및 역류기하를 가지는 테이퍼(11)의 결합은 실제 시스템에 있어 이상에 가깝다.

셀(100)의 외측에 있는 추가적인 전기접속부(도시하지 않았음), 및 전극리이드가 셀(100)을 통과하는 누설방지벽에 대해 전극와이어를 운반하기 위한 전기 절연체를 제공하기 위해, 1쌍의 전기절연체 어셈블리(140)가 하우징(98)에 밀봉 상태로 고정된다(제5도참조). 절연체 어셈블리(140)는 하우징(98)안에 제4도의 원(135)으로 표시된 축방향 위치에 수평상태로 배치된다.

제5도는 제4도에 도시한 셀의 횡단면으로서 전기절연체 어셈블리(140)를 강조하고 있다. 어셈블리(140)는 누설방지 전기절연체 및 용접가능한 세라믹 피이드드로우를 제공한다. 제5도는 전기 절연체 어셈블리(140)를 상세하게 보여준다. 대조하여 보았을 때, 절연체 어셈블리(140)는 제4도의 평면에 직교하여 배치되어 있으며, 이로인해 이 도면에서는 상세하게 도시되어 있지 않다.

전기절연체 어셈블리(140)의 1구현예에 있어, 용접 립(weld lip)(140)은 하우징(98)에 연결되도록 마련된다. 접속부(142)는 전형적으로 세라믹으로 만들어진 절연용 블록(144)을 밀봉상태로 고정시킨다. 이 절연용 블록(144)의 중심을 통해 배치된 것은 전기터미널(146)으로서, 이 경우 중공형 금속관과 같은 형상을 갖는다. 터미널(146)은 하우징(98)의 내측으로부터 하우징(98)상의 접속부(142)의 외측까지 연장된다. 터미널(146)내측에는 전극 와이어(156,158)가 하우징(98) 내부로부터 하우징(98)의 외측까지 이어진다. 땜납(148)은 누설방지책으로 터미널(146)의 단부를 폐쇄시키고, 전극와이어(156,158)를 이들 터미널에 전지접속시킨다. 따라서, 전극와이어(156, 158)는 외부전기 설비에 대해 부가적으로 전기접속될 수 있다.

와이어(156,158)는 이들이 유닛(95)의 출구(9)에 도달할 때까지 유닛(95)의 내부를 나선형으로 덮혀 있다. 일단 유닛(95) 외측에는 와이어(156,158)이 각각의 터미널(146)에 들어가게 된다. 제5도에 도시한 바와 같이, 와이어(156,158)는 유닛(95)의 외측을 따라 터미널(146)에 도달하도록 진행된다. 수축관(150)의 조그만 원통형 조각편들은 와이어(156,158)를 지지해서 와이어가 가스켓 사이의 접촉을 막는다.

유체 수분함량의 측정을 위한 본 발명의 시스템 및 방법이 5부피 ppb정도의 저수준 수분분석에는 아주 효과적이지만, 본 발명은 고수분농도의 측정에도 적용될 수 있다는 것은 이해될 것이다. 아울러 본 발명의 상세한 설명은 전해질 셀에 관련하여 저술하였지만, 역류구조는 다른 형식의 수분측정 장치 및 방법에도 적용될 수 있다. 보다 일반적으로 말해서, 본 발명의 역류구조는 기체중의 수분이나 기타 불순물 및 어떠한 수분감응 물질이나 기타 불순물 감응성분을 측정하는 분석기 및 그와 같은 장치를 이용하는 방법에 적용될 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 전술한 구현예는 단지 예시적일 뿐, 특허청구의 범위에 의해 한정된 바와같이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 그와 같은 구현예의 형태, 세부사항, 공간적구성, 재료, 및 다양한 성부의 성질에 있어 다양하게 변경될 수 있다는 것도 이해될 것이다.

Claims

기체흐름을 이용하여 또한 입구, 출구, 및 상기 기체흐름이 성분을 측정하기 위한 수단을 포함하는 센서를 가지는 분석기를 위한 역류장치가, 상기 기체흐름을 위한 입구 및 출구를 가지는 하우징; 상기 센서를 상기 하우징안에 고정시키는 수단, 상기 하우징과 상기 센서 사이에 한정되어 있는 공동; 불순물을 방출시키는 상기 센서의 입구와 출구 사이의 상기 공동에 배치된 적어도 하나의 요소; 및 상기 공동으로 흐르는 상기 기체흐름의 일부분을 여유로하여 적어도 하나의 불순물방출 요소를 향하게 그리고 상기 출구 밖으로 향하게 하는 방향수단, 상기 요소로부터 불순물의 이동에 대하여 상기 센서의 적어도 하나의 입구 및 출구를 향해 유동하는 상기 역류를 포함하는 것을 특징으로 하는 역류 장치.
제1항에 있어서, 상기 불순물은 수분이고 상기 센서의 입구 및 출구는 상기 요소로부터 얼마의 거리에 위치하여서 상기 요소를 상기 입구와 출구로부터 격리시키기에 충분하도록 하여서, 상기 요소로부터 상기 센서의 입구와 출구로의 불순물의 이동을 최소화하게 되는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제2항에 있어서, 상기 센서는 습도계이고 상기 기체흐름의 측정성분은 수분인 것을 특징으로 하는 역류장치.
제3항에 있어서, 상기 역류를 형성하지 않는 상기 잔여 기체흐름은 상기 센서의 입구로 들어가서 상기 센서의 출구를 빠져나오는 샘플기체류를 형성하고; 상기 적어도 하나의 수분방출요소는 상기 역류중에 있는 상기 센서의 입구하류에 있고, 그리고 상기 역류는 상기 센서에 들어감이 없이 상기 분석기의 출구를 빠져나오는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제3항에 있어서, 상기 기체흐름의 적어도 일부분은 상기 센서의 입구를 들어가서 샘플기체류를 형성하고; 상기 샘플기체류는 상기 센서의 출구를 나오면서 상기 역류를 형성하고; 상기 적어도 하나의 수분방출요소는 상기 역류중에 있는 상기 센서의 출구 하류에 있으며; 그리고 상기 역류는 상기 센서의 상기 측정수단과 더이상 접촉함이 없이 상기 분석기의 출구를 빠져나오는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제4항에 있어서, 상기 하우징안에 상기 센서를 고정시키기 위해 상기 센서를 일부 둘러싸고 있는 연질재료를 아울러 포함하고, 상기 연질재료는 불순물을 방출하는 상기 센서의 입구와 출구 사이에 배치된 상기 적어도 하나의 요소를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제5항에 있어서, 상기 하우징안에 상기 센서를 고정시키기 위해 상기 센서를 일부 둘러싸고 있는 연질재료를 아울러 포함하고, 상기 연질재료는 불순물을 방출하는 상기 센서의 입구와 출구 사이에 배치된 상기 적어도 하나의 요소를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제3항에 있어서, 상기 역류를 형성하지 않는 상기 잔여기체흐름이 샘플기체류를 형성하고, 상기 센서는 상기 샘플기체류를 위한 입구 및 출구를 가지는 관형도관; 상기 도관의 내벽에 평행하게 나선상태로 배치되며, 상기 입구와 출구 사이의 상기 샘플기체류에 접한 내벽의 표면적의 대략절반을 덮는 적어도 1쌍의 전기절연된 와이어; 및 상기 1쌍의 와이어를 피복하고 있는 수분흡수제를 포함하는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제8항에 있어서, 상기 하우징안에 상기 센서를 고정시키기 위해 상기 센서를 일부 둘러싸고 있는 연질재료를 아울러 포함하고, 상기 연질재료는 불순물을 방출하는 상기 센서의 입구와 출구 사이에 배치된 상기 적어도 하나의 요소를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제9항에 있어서, 상기 연질재료는 상기 센서의 상기 도관과 상기 하우징 사이에 압축성 시일을 형성하는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제9항에 있어서, 상기 센서에 그리고 상기 센서로부터 전기신호를 전도시키기 위한 수단을 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제11항에 있어서, 상기 연질재료가 상기 전극을 묻은 패킹재료인 것을 특징으로 하는 역류장치.
제9항에 있어서, 제1출구 채널; 상기 센서의 도관의 입구로 상기 샘플기체류를 향하게 하는 것으로서, 상기 센서의 도관의 출구는 상기 샘플기체류가 상기 센서를 빠져나올때 상기 연질재료위치로 상기 샘플기체류를 향하게끔 하고, 상기 역류를 형성하는 상기 기체흐름의 상기부분은 상기 제1출구채널을 거쳐 상기 분석기를 방출하기 전에 상기 연질재료를 감싸고 그리고 상기 센서를 바이패스하는 것으로된 입구채널; 및 상기 센서를 빠져나오는 상기 샘플기체류의 출구가 있는 제2출구채널을 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제9항에 있어서, 상기 방향수단이 상기 연질재료의 표면상에 상기 역류를 향하도록 하기 위해 상기 도관과 상기 하우징 사이에 입구슬리이브를 포함하고, 상기 슬리이브는 상기 슬리이브의 외부와 상기 하우징 사이의 상기 역류를 상기 출구쪽으로 재차 향하게 하는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제9항에 있어서, 상기 샘플기체류가 상기 출구에 도달하기 전에 상기 센서를 나오는 상기 샘플기체류를 상기 연질재료 쪽으로 다시 향하게 하기 위해 상기 센서의 도관의 출구둘레를 둘러싸는 하나의 댐을 아울러 포함하는 것을 특징으로 하는 역류장치.
제9항에 있어서, 상기 도관은 유리이고, 상기 하우징은 전기도금된 스테인레스 강이고, 상기 연질재료는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 역류장치.
기체흐름 중의 수분농도를 결정하기 위한 방법이, 센서의 와이어 상에 형성된 피복속으로 상기 기체흐름중에 포함된 수분을 흡수시키는데 충분한 시간동안 특허청구의 범위 제9항의 장치를 통해 상기 기체흐름을 통과시키고; 상기 수분을 전기분해시키고; 그리고 상기 전기 분해를 실행시키는데 필요한 전류의 함수로서 수분의 양을 기록하는 공정들을 포함하는 기체흐름의 수분농도 결정방법.
특허청구의 범위 제9항의 장치 중에 기체방출을 감소시키는 방법이 역류로서 상기 연질재료를 감싸는 공정을 포함하는 기체방출 감소방법.