KR100312108B1 - 내부식성케이블 - Google Patents

Abstract

파이프 라인등에서 유체 누출에 대한 전기적 탐지 시스템에 사용하기 위한 내부식성 케이블은 중앙 전도체(12), 누출 유체를 수용하기 위한 다수의 세공을 갖은, 중앙 전도체 둘레의 전기 절연 물질의 환상 스페이서(18, 30, 32) 및 부근에 존재할 수 있는 물, 산, 알칼리, 용매 또는 그밖의 액체 또는 환경 오염물로부터 보호하기 위한 내부식성 물질의 피복물(24)을 갖는 다수의 전기 전도성 도선(22)으로 형성된, 스페이서 둘레에서 중앙 전도체와 동심(同心) 관계의 환상 외장(20)을 포함한다. 비절연중앙 전도체(14)와 협력하여 전도성 액체를 탐지할 수 있으므로, 케이블을 이용하는 누출 탐지 시스템이 전도성 액체와 비-전도성 액체의 누출을 구별할 수 있게 한다.

Description

내부식성 케이블

발명의 배경

발명의 분야

본 발명은 신규하고 개선된 내부식성 케이블에 관한 것이며 특히, 신규하고 개선된 유체 탐지 전기 케이블(electrical fluid detection cable)에 관한 것이다. 케이블은 유체 누출 봉쇄 시스템 및 그 밖의 용도 예컨대 클린룸, 컴퓨터 룸, 그밖의 융기 마루 용도에 그리고 매설 파이프 및 탱크와 인접한 직접 매설된 케이블 용도에 유용하다. 유체와 케이블의 접촉은 케이블의 전기 특성을 변화시키므로 누출물의 존재뿐만 아니라 누출물의 대략적 위치도 확인될 수 있다.

선행 기술의 배경

미합중국 특허 제 3,600,674호는 시간 분배(time sharing) 송전선을 사용하여 매설 파이프라인으로부터 누출을 측정하는 방법을 공개한다.

미합중국 특허 제 3,909,712호는 전송 통신 및 유사한 회로망에서 고 오옴 케이블(ohmic cable) 장애를 측정하기 위한 회로 배열을 공개한다.

미합중국 특허 제 3,981,181호는 액체 누출 탐지 방법 및 그를 위한 케이블을 공개하며, 이때 상기 케이블 특유의 임피던스는 액체 누출을 탐지하고 누출 장소를 찾아내기 위한 펄스 반사법(pulse reflecting method)에 유용하다.

미합중국 특허 제 4,797,621호는 시간 영역 반사 측정법 및 샘플링 기술을이용하는 누출 탐지기(leak detector) 및 위치 지정기(locator)를 공개한다. 본 발명에 따른 케이블은 특히 상기 '621호 특허에 공개된 누출 탐지기에 유용하다.

발명의 목적

본 발명의 목적은 신규하고 개선된 내부식성 케이블을 제공하는 것이고 더욱 명확하게는 유체 누출의 존재 및 위치 지정이 케이블의 임피던스 특성치의 변화에의해 확인될 수 있는 시스템에 유용한 신규하고 개선된 전기적 유체 탐지를 제공하는 것이다.

안데르손(Anderson) 일행의 특허 제 4,797,621호에 공개된 바의 누출 탐지기시스템에 이용되는 전기 케이블에 직면된 흔한 문제점 중 하나는 케이블의 부근에 물, 산, 알칼리, 용매 및 그 밖의 환경 오염물의 존재로 인한 영향으로 탐지 케이블이 부식되는 것이다.

본 발명의 목적은 케이블이 물, 산, 알칼리, 용매 및 그 밖의 관입 유체로 인한 부식으로부터 양호하게 보호되는 전기적 유체 누출 탐지 시스템에 사용하기 적합한 신규하고 개선된 전기 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이미 전술된 바와 같이 내부식성이 높고, 또한 100℃의 높은 온도 및 대략 300℃ 만큼 높은 온도에 노출될 때에도 내연화성이 매우 높은 내부식성 피복 물질을 갖는 서술된 특성의 신규하고 개선된 유체 누출 탐지 전기 케이블을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 향상된 내부식 특성치를 가지고, 가요성이며 높은 내마멸성이고, 전선관 용기(containment conduit) 또는 그 밖의 좁은 공간 내로 케이블을 용이하게 견인하거나 잡아당기게 하기 위해 외부 표면 상에 낮은 마찰계수를 갖는 신규하고 개선된 유체 누출 탐지 전기 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 편조 외장(編造外裝)의 도선이 높은 내부식성 물질로 피복 되더라도 누출 탐지 및 위치 지정 시스템에서 케이블의 임피던스 특성치 및 유용성이 외부 전도성 편조 외장 상의 내부식성 피복 물질의 존재에 의해 불리한 영향을 받지 않는, 다공성 절연 스페이서 둘레의 전도성, 편조 외부 외장을 이용하는 상술된 특성의 신규하고 개선된 전기 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 낮은 표면 마찰계수 및 높은 내마멸성을 가지지만 메짐성 없이 여전히 가요성인 내부식성 피복 물질을 이용하는 서술된 특성의 신규하고 개선된 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 탄화수소 누출물과 같은 비-전도성 유체의 누출 및 물과 같은 전도성 액체의 누출을 구별할 수 있는 누출 탐지 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전도성 및 비-전도성 액체 누출을 구별할 목적으로 비절연 중앙 전도체 및 전도성 외장내 절연 도선과 합쳐 엮어진 비절연 도선을 갖는 케이블을 제공하는 것이다.

발명의 간단한 요약

본 발명의 언급한 깃과 그 밖의 목적 및 이점은 전기적 유체 누출 탐지 시스템 등에 특히 유용한 신규하고 개선된 내부식성 케이블에서 성취된다. 케이블은 부근에 존재하는 임의의 누출 유체를 수용하도록 적응된 다수의 빈 공간을 갖고 중앙전선심 둘레까지 연장하도록 설치된 전기 절연 물질의 환상 스페이서에 의해 둘러싸인 중앙 전기 전도체 또는 전선심을 포함한다. 환상(環狀), 전기 전도성 외장은 중앙 전도체와 동일한 중심을 가진 관계로 절연 환상 스페이서 둘레에 제공된다. 외장은 전기 절연 스페이서 둘레에서 개별적으로 또는 그룹으로 함께 편조되거나 다른 경우엔 감긴 다수의 소직경의 가요성, 전기 전도성 도선으로 형성된다. 도선은 존재할 수 있는 물, 산, 알칼리, 용매 및 그 밖의 오염물의 해로운 영향에 내성이 큰 내부식성 물질로 피복된다. 이용된 내부식성 물질은 가요성, 내마멸성이고, 낮은 표면 마찰계수를 갖고, 메짐성(brittle)이 없으며, 100℃ 및 300℃ 정도의 높은 온도에 노출될 때에도 인지할 수 있을 만큼 연화되지 않을 것이다.

본 발명의 보다 나은 이해를 위해, 도면과 관련하여 취해진 상세한 설명을 이하에 기술한다.

제 1도는 케이블의 일부를 잘라내어 이들의 구성요소가 보이도록 한, 본 발명의 특징에 따른 내부식성 케이블의 파단도(破斷圖);

제 1a 도는 제 1도의 1a - 1a선을 따라 취해진 확대 단편 단면도;

제 2도는 본 발명의 특징에 따라 구성된 내부식성 케이블의 또 하나의 구체예의 파단도;

제 2a도는 제 2도의 2a - 2a선을 따라 실제적으로 취해진 확대 단편 단면도;

제 3도는 본 발명에 따라 구성된 내부식성 케이블의 다른 구체예의 파단도;

제 3a도는 제 3도의 3a - 3a선을 따라 실제적으로 취해진 확대 단편 단면도;

제 4도는 본 발명의 특징에 따라 구성된 내부식성 케이블의 다른 구체예의 파단도;

제 5도는 본 발명의 특징에 따라 구성된 내부식성 케이블의 부가적 구체예의 파단도;

제 6도는 본 발명의 특징에 따라 구성된 내부식성 케이블의 다른 구체예의 파단도; 그리고

제 7도 및 제 8도는 전도성 및 비-전도성 유체를 구별하기 위해 사용된 비절연 전도체의 부가를 도시하는, 제 2도 및 제 3도와 유사한 파단도이다.

발명의 바람직한 구체예의 상세한 설명

첨부 도면 및 그 중에서도 제 1도 및 1a 도에 관하여 언급하면, 본 발명의 특징에 따라 구성되고 참조 번호(10)로 언급되는 신규하고 개선된 내부식성 케이블이 상기 도면에 도해된다. 케이블(10)은 탄화수소와 함께 사용하도록 특별히 적용된 동축, TFH 유형 케이블이고, 보통 구리, 알루미늄 및/또는 이들의 합금과 같은 높은 전도성 금속으로 형성된, 다수의 나선형으로 감긴 개별적인 전기 전도성 도선 또는 가닥(14)으로 구성된 중앙 전선심(12)(전형적으로 10ga. 내지 16ga. 의 크기)을 포함한다. 가닥(14)은 전형적으로 크기 24ga, 내지 34ga 의 범위이고 일반적으로 가요성이다.

중앙 전도체 전선심(12)은 폴리아미드-이미드, 플루오르화 에틸렌 프로필렌수지(FEP) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지와 같은 비-전도성, 전기 절연, 수지성 플라스틱 물질의 환상의, 제자리-압출된, 피복물 또는 층(16)(annular,extruded-in place, coating or layer)으로 둘러싸여 있다. 고온 유체를 만나게될것 같을 때는 PTFE 수지가 사용되고 보다 낮은 온도 적용의 경우에는 그 보다 저가인 수지가 이용된다. 층(16)은 바람직하게 중앙 전선심(12) 상에 제자리-압출되어 있으며, 일반적으로 제자리-압출된 층(16)은 두께 0,0762mm(0.003") 와 0,1270mm(0.005") 사이의 범위이다.

내부 절연 재킷 또는 층(16)은 환상의, 동축 다공성 스페이서 층(18)으로 둘러싸여 있는데, 상기 다공성 스페이서 층(18)은 다수의 미소 액체 투과성 기공 또는 세공을 층(18)내에 갖는 PTFE 물질의 층을 상기 절연 층(16) 상에 압출시킴으로써 또는 층(16) 상에 상기 팽창된 PTFE 물질로 제조된 가요성 테이프를 나선형 또는 나사선형으로 감음으로써 형성된다. 층(18)내 기공 또는 세공이 유체 누출에 의해 채워지거나 침투될 때, 그러한 유체의 존재는 케이블(10)의 전기 특성(즉, 임피던스)을 변화시키므로 케이블 길이를 따라 누출의 위치 및 누출 유체의 존재가 확인될 수 있다.

층(18)을 구성하는 팽창된 PTFE 압출 층 또는 테이프의 두께는 1,270mm(0.05") 와 1.524 mm(0.06") 사이의 범위일 수 있다. 테이프가 사용되면, 인접한 나선형 회선의 가장자리가 서로 약간 겹치고 열 소결되어 환상 층(18)의 전체에 인접한 회선 사이의 연속 나선형 연결을 제공한다.

다공서 층(18)은 본 발명의 특징에 따라 구성된 편조된, 전기 전도성 금속 외부 외장(20)내에 넣어진다. 외장(20)은 상대적으로 작은 크기(즉, 30ga. -36ga.)의 다수의 가요성, 도선 또는 가닥(22)으로부터 제작되고 가닥은 각각 또는2,3,4,5 또는 그 이상의 그룹으로 다공성 층(18)에 대하여 감겨지거나 편조된다. 전도징 금속 가닥(22)(제 1a도)은 부식으로부터 잘 보호되는 중앙 전도체 진선심(12) 둘레에 동축, 환상의, 전기-전도성 외부 외장을 형성하기 위해 나선형으로 편조 된다.

본 발명에 따라서, 외부 전도성 외장(20)의 전도체 또는 가닥(22)은 알루미늄, 구리, 니켈 피복 구리 및/또는 이들의 합금과 같은 낮은 전기 저항, 가요성, 전도성 금속으로 형성되고, 도선은 내부식성 피복물(24)로 이루어진 얇은 층과 함께 개별적으로 또는 2,3,4, 또는 그이상의 셋트로 피복 된다(제 1a도, 제 2a도 및 제 3a도).

편조된 외부 외장(20)의 금속 가닥 또는 도선(22)에 적용된 피복물(24)은 두께가 0.0254mm(0.001") 내지 0.00762mm(0.0005") 범위이고 피복 방법은 원하는 두께의 피복을 확립시키기 위한 사이징 다이(sizing die)와 함께 침착욕(dip bath)내에서 바람직하게 실행된다. 몇몇 다른 유형의 중합체 피복의 경우 압출 방법이 이용될 수 있다. 적합한 내부식성 피복 물질은 물, 산, 알칼리, 용매, 탄화수소 및 다방면의 기타 오염물 때문에 금속 가닥 또는 도선(22)이 부식되지 않도록 보다 특이한 내부식성을 위해 선택된 폴리이미드 수지, PTFE 수지, 플루오로중합체 수지, 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 폴리아미드-이미드 수지 및 그밖의 수지로 구성된다.

특별한 적용의 경우 고온을 직면하게 될 것 같을 때, PTFE 와 같은 수지는 그 수지가 100℃에서 그리고 300℃ 만큼 높은 온도에서 연화에 대한 내성을 가지고상기 높은 온도에서 메짐성이 되지 않기 때문에 사용될 수 있다.

일반적으로, 외부 외장(20)의 도선(22) 상에 피복물(24)용으로 사용되는 피복 수지는 내부식성이 높고 춥든 또는 덥든, 극한 온도 하에 연화 또는 메짐성에 대한 내성이 높기 때문에 선택된다.

전술한 특징 요소에 따라 구성된 케이블(10)은 유체 또는 유체 누출의 탐지 또는 위치 지정을 위한 다방면의 적용을 위해 매우 능률적인, 비용 효과적인 방식으로 기능한다는 것이 밝혀졌다. 논의할 목적으로, 본 발명에 따른 현재 시스템이 누출 탐지용 시스템으로서 설명될 것이지만, 본원에 이용된 기술은 또한 새는 곳 또는 다른 경우로 인하여 유체가 누출되는지에 관계없이, 액체 및 기체 모두의 유체 또는 유체 누출을 탐지할 수 있다. 내부식성 피복물(24)은 현실적으로 전기적 비-전도성 또는 절연성일 수 있지만, 케이블(10)의 조작상 전기적 특성은 부식을 받는 드러난 나선으로 형성된 편조 금속 외부 외장을 갖는 선행 기술 케이블과는 상당히 상이하지 않다. 층(18)의 미소 기공 내부에서 유체의 흡수는 중앙 전선심(12)과 외부 금속 편조 재킷형 외장(20) 사이에서 케이블(10)의 임피던스 또는 커패시틴스(capacitance) 수치를 효과적으로 변화시키고 개선된 내부식성 때문에 고품질, 긴 사용 수명 및 용이한 설치 및 대체가 보장된다.

또한 케이블(10)은 전도성 금속 편조 동축 외장(20)을 둘러싸고 보호하기 위해 층(18)과 유사한 나선형으로 감긴 PTFE 테이프 또는 압출 PTFE 의 얇은, 외부층(26)을 포함한다. 외부 재킷 층(26)은 바람직하게 미소 기공 또는 세공을 갖는 연장 PTFE 또는 그 밖의 수지성 물질로 형성되므로 탄화수소가 층(26)을 통해금속성 편조 외장(20)의 내부 영역내로 침투하여 궁극적으로 선술된 바와 같이 내부 기공층(18)의 세공 또는 기공에 도착할 수 있다. 외부 재킷 층(26)은 외장(20)을 보호하고 소결 시임(sintered seam)을 갖는 0.254mm(0.010") - 0.635mm(0.025")범위 두께의 나선형 또는 나사선형으로 감긴 PTFE 테이프 회선을 사용하여 내부 재킷 층(18)과 유사하도록 구성된다.

좁은 공간 또는 틈을 통해 더욱 용이하게 케이블(10)을 끌어당기거나 잡아당기게 하고 스내깅(snagging)을 예방하기 위해, 보호 플라스틱 오버브레이드(overbraid)가 외부 다공성 층(26)의 외부 표면 둘레에 설치된다. 플라스틱 오버 브레이드(28)는 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 그 밖의 수지 및 특히 상표명 "HALAR" 하에 판매된 수지와 같은 단일 필라멘트 수지성 물질의 가닥들 다수로 구성된다. 오버브레이드(28)내에는 16개 만큼의 독립 가닥이 제공될 수 있고 개개의 가닥은 직경 0.254mm(0.010") 내지 0.381mm(0.015") 범위일 수 있다. 비용이 매우 민감한 요소인 곳에서 편조 외장(20)의 부식은 요소가 아니기 때문에, 케이블(10)은 외부 연장 PTFE 다공성 층(26)의 사용이 필요하지 않을 수 있고 케이블 외장(20)의 외부 표면은 낮은 마찰 계수를 갖는 플라스틱 오버브레이드(28)에 의해 보호될 것이다.

이제 제 2도에 관하여 언급하면, 제 2도에선 본 발명의 특징에 따라 구성된 내부식성 케이블(10A)의 다른 구체예가 도해된다. 케이블(10A)은 제 1도의 케이블(10)의 것과 유사한 중앙 전선심(12)을 사용하고 또한 유사한 제자리-압출된 얇은 플라스틱 절연 층(16)을 포함하는 AGT 유형, 동축, 심지 케이블이다. 그러나케이블(10A)은 6-10가닥의 1680데니어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 그 밖의 유형의 얀으로 형성되는 내부 절연 층(16) 둘레에 다공성 층(30)을 포함한다. 얀은 나선형으로 또는 나사선형으로 감기고, 안 감기는 다수의 개방 공간 또는 세공을 갖는 다공성 층(30)을 제공하며, 언제 유체 누출이 발생하든지 간에 케이블(10A)의 전기 임피던스 또는 커패시턴스 특성치를 변화시키기 위해 누출 유체는 모세관 작용에 의해 상기 다공성 층내로 침투할 수 있다.

층(30)의 폴리프로필렌 얀은 압출된 내부 절연층(16) 둘레를 나선형으로 또는 나사선형으로 감고, 상기 층(30)은, 이전의 구체예의 케이블(10)과 관련하여 서술된 유형의 내부식성이 높은 중합체 피복물(24)로 피복되는 다수의 편조 전도성 도선 또는 가닥(22)으로 형성된 전기 전도성, 외부 환상, 금속성 동심(同心) 외장(20)에 의해 둘러싸인다. 표준적으로 16가닥의 0.016 직경 단일필라멘트와 같은 폴리에스테르 수지의 매끄럽고 강한 단일 필라멘트 라인의 외부, 플라스틱 오버브레이드(28)가 제공되어 스내깅을 예방하거나 제한하고 케이블(10A)을 위한 부드러운 당김 능력을 제공한다.

물 및 그로 인한 결과의 습도가 기본적인 오염물 또는 유체 누출 문제점이 될 것 같은 곳에서 케이블(10A)은 상대적으로 저가 용도에 맞게 특별히 적용된다. 심지 유형 얀 층(30)에 있어서, 나사선형으로 감긴 얀 내에 기공 또는 빈공간이 물 또는 탄화수소와 같은 누출 유체에 의해 침투되거나 상기 유체로 채워질 때마다, 전선심(12)과 외부 금속 전도성 편조 외장(20) 사이의 전기 임피던스 또는 커패시턴스 특성은 상당히 변경되거나 변화된다. 이러한 변경 또는 변화는 누출 탐지의원리를 제공하고 누출 상태의 사실이 확립되기만 하면 누출 위치를 결정하기 위해전자 장치가 사용된다.

이제 제 3도에 관하여 언급하면, 본 발명에 따라 구성되고 특별히 수계(water system)누출 탐지에 주로 사용하기 위한 공기 틈 또는 쾌속 건조 케이블 유형 특성을 제공하도록 개조된 내부식성 케이블(10B)의 다른 구체예가 도해된다. 케이블(10B)은 AGW 유형 동축 케이블이고 중앙 전선심(12) 및 상기 중앙 전선심 둘레에 헝싱된 내부 제자리-압출 유형, 플라스틱 절연층(16)을 포함한다. 누출이 발생한 후 보다 빠른 건조 및 정상 서비스로의 복구를 제공하기 위해, 절연층(16) 둘레에 나사선형으로 감긴 가요성, 플라스틱 물질 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 그 밖의 수지로 제조된 하나 또는 그 이상의 연장 스트립(32)에 의해 형성된 스페이서 또는 나선형 감기가 케이블(10B)에 제공된다. 스트립(32)의 인접한 나선형 회선은 (예를 들면, 대학 7.62mm(0.3")의 거리만큼) 이격되어 나선형 개방형 공기 공간을 형성하고 상기 공간 내로 물 또는 그 밖의 누출 유체가 쉽게 침투할 수 있고 그로써 내부 전도체 전선심(12) 및 외부, 전도성 동심 금속 외장(20) 사이의 케이블 임피던스 또는 커패시턴스를 변화시킨다.

케이블(10B)에 고온 용량이 바람직하다면, 나선형 또는 나사선형으로 감긴 스트립(32)은 PTFE 수지 또는 FEP 수지와 같은 가열 또는 온도 내성 물질로 형성될 수 있다. 일반적으로, 둘 이상의 스트립(32)은 나사선형으로 감기어 사용되고 단면적이 상대적으로 크다. 스트립(32)은 단면적 형태가 직사각형 또는 정사각형이고 1.778mm(0.07")이하의 두께 및/또는 폭을 가질 수 있다. 선술된 바와 같은 전도성외부 금속 편조 외장(20)이 케이블(10B)에 제공되고 플라스틱 오버브레이드(28)는 외부 전도성 외장(20)을 에워싸서 케이블(10B)을 작동 위치로 잡아당기거나 끌어당기고 편조 외부 금속 외장(20)내에 전개하는 스내그(snag) 또는 컷트의 가능성을 없애거나 감소시키는 것을 용이하게 한다. 일반적으로, 제 3도의 AGW 유형케이블(10B)은 누출 발생후 급속 건조 작용을 위해 제공되고 비용 효율적인 공기틈, 급속 건조, 물 탐지 케이블이다. 케이블(10B)은 고온 용도에 잘 맞고 유체 누출 상황이 반복되거나 빈번하여도 케이블의 제거 또는 대체를 요구하지 않는다.

제 4도에 관하여 언급하면, 중앙 전선심(12) 및 선술된 유형의 얇고, 내부제자리-압출 절연 층(16)을 사용하는, 본 발명의 특징에 따라 구성된 케이블(10C)의 다른 구체예가 도해된다. 케이블(10C)의 다공성 환상 간격 시스템은 선술된 바와 같이 층(30)내에 심지 얀의 회선 사이에 끼워 넣어진 중공(中空) 수지성 플라스틱 물질과 교차식으로, 나선형으로 감긴 스트립(32a) 다수를 포함한다. 플라스틱 스트립은 또한 속이 비어있기 보다는 단면이 고체일 수 있으며, 둘다 제자리에서 감긴 후 횡단면의 모양이 일반적으로 정사각형 또는 직사각형이다. 양호하게 중공형상의 스트립(32a)이 사용되고 이들은 초기에 둥근 단면을 가지지만 제자리에서 감길 때 계속해서 평평하게 되어 상기 유형의 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 심지 얀(30)으로 형성된 인접한 회선 사이에 단면 모양이 일반적으로 직사각형이 된다.

바람직하게 스트립(32a)은 폴리에틸렌, PTFE 또는 FEP 수지로 형성되고 케이블(10C)은 제 2도의 케이블(10A)과 일반적으로 유사한 조작 특성을 갖지만, 플라스틱 스트립(32a)의 비-다공성 회선이 얀(30) 및 플라스틱 스트립(32a)에 의해 형성된 공간을 둘러싸는 외부 금속성, 동축, 전도성 외장(20)과 내부 절연층(16) 사이의 간격 부피의 거의 반을 차지하거나 채운다는 사실 때문에 누출 발생 후 건조 시간이 더욱 빠르다는 것을 예외로 한다. 따라서 폴리에틸렌, PTFE, 폴리프로필렌등으로 제조된 중공 플라스틱 스트립(32a) 및 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 얀(30)의 교호 회선이 다양한 유체 누출 탐지 용품에 유용한 상대적으로 빠른 건조, 심지 유형 케이블을 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다.

케이블(10C)에는 나머지 케이블과 유사한 외부 플라스틱 오버브레이드(28)가제공되어 있으며, 오버브레이드는 얀(30) 및 플라스틱 스트립(32a)의 교호 회선을 둘러싸는 전도성 외장(20)에 제공된다.

제 5도에 관하여 언급하면, 본 발명에 따른 내부식성 케이블(10D)이 제 5도에 도해되고 상기 케이블은 다수의 개별 피복된 절연 도선 또는 가닥(14a)으로 구성되는 변형 중앙 전선심(12a)을 사용한다. 도선 또는 가닥(14a)은 니스 또는 수지 유형의 전기 절연 물질로 피복되고 전술된 바의 도선(22)에 적용된 피복물(24)용으로 사용된 것과 같은 전기 절연 및 내부식성 물질로 피복 될 수 있다. 따라서 케이블(10B)은 선술된 케이블에서와 같은 제자리-압출된, 얇은 절연 플라스틱 물질의 층(16)을 요구하거나 이용하지 않는다.

케이블(10B)의 환상 스페이서 층(18)은 누출 유체를 수용하기 위해 그 내에 미세한 기공 또는 소공을 갖는 나선형으로 감긴, 팽창 PTFE 테이프의 얇은 층으로 형성된다. 대안적으로, 그 내에 소공 및 기공을 갖는 팽창 PTFE 수지의 층(18)은 압출법에 적용될 수 있다. 탄화수소와 같은 누출 유체가 스페이서 층(18)의 소공또는 기공내 공기를 대체할 때, 케이블(10D)의 임피던스 또는 전기 커패시턴스 특성은 변화되어 실제 발생했던 누출 및 그 위치를 확인할 수 있도록 신호로 알리거나 탐지된다.

스페이서 층(18)을 구성하는 팽창된 PTFE 물질의 나선형 또는 나사선형 적용테이프의 얇은 압출 층은 중앙 전선심(12a) 둘레에 직접 적용되고 테이프의 이음매는 겹쳐지고 함께 소결되어 중앙 전선심(12a) 둘레에 연속, 다공성 환상 층(18)을 제공한다. 상술된 케이블(10 - 10C)의 외장(20)과 유사한 내부식성 피복 금속 편조 외부 동심 전도성 외장(20)은 케이블(10D)의 다공성 스페이서 층(18) 둘레에 적용되고 플라스틱 오버브레이드(28)는 상술된 구체예에서와 같이 외부 전도성 금속 편조 외장(20)의 외면 둘레에 적용된다.

이제 제 6도에 관하여 언급하면, 본 발명의 특징에 따라 구정된 내부식성 케이블(10E)의 또 하나의 구체예가 제 6도에 도해된다. 상술된 케이블(10, 10A, 10B및 10C)처럼, 케이블(10E)은 얇은 플라스틱 절연 물질의 제자리-압출 층(16)에 의해 둘러싸인 중앙 전선심(12)을 사용한다. 그러나, 케이블(10E)의 스페이서 층은, 나사선형으로 감긴 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 얀(30)의 내부 층으로 형성된 복합재 구성물을 포함하며, 이때 얀은 얀의 가닥들 사이의 및 인접 회선 사이의 공간 또는 간격내 모세관 작용에 의해 유체를 끌어 올리는 심지 유형 케이블로서 작용한다. 얀 층(30)의 바깥쪽으로, 얀 층에 적용되고 반대 방향으로 감긴 다수의 나사선형으로 감긴 고체 또는 중공 플라스틱 스트립(32)이 케이블(10E)에 제공된다. 유체 누출의 수집에 이용 가능한 확대 개방 공간을 형성하기 위해 스트립(32)에는 인접한 회선 사이에 공기 틈 또는 공간이 형성된다. 스트립(32)은 정사각형 단면일 수 있고 제 4도의 케이블(10C)의 스트립(32a)처럼 중공 구성물일 수 있다. 나사선형으로 감긴 스트립(32 - 32a)의 바깥쪽으로, 내부식성 물질의 피복물(24)이 제공된 그의 도선(22)을 갖고 상술된 것과 유사한 금속 전도성 동심 편조 외장(20)이 케이블(10E)에 제공된다. 또한 선행 구체예에서와 같이 외부 전도성 금속 외장(20)의 외부 표면 둘레에 플라스틱 오버브레이드(28)가 제공된다.

따라서 케이블(10E)은 임의 수준 또는 깊이로의 유체 누출만이 외부 플라스틱 스트립(32)의 인접한 회선 사이의 공간을 차지함으로서 처음 수준 또는 유형의 임피던스 또는 커패시턴스 변화를 결과시키는 복수 조작 특성을 제공한다. 그러나, 누출 유체의 깊이가 플라스틱 스트립(32)의 두께보다 더 크게 된다면, 플라스틱 얀(30)은 젖게되고 심지 효과가 발생한다. 이것이 발생할 때, 보다 많은 양의 누출이 발생하였다는 지적을 제공하는 임피던스 또는 커패시턴스 변화의 제 2유형이 발생한다. 얀 층(30)내로 누출 유체의 부가적 흡수 또는 침투 때문에 누출 유체의 보다 깊은 깊이는 케이블(10E)의 전기 특성을 상당히 변화시킨다. 따라서 누출 부피량에 의존하는 신호 탐지 및 위치 정보의 2가지 상이한 특성을 제공하는 케이블(10E)은 여러 가지 상이한 용도에 효과적이며 이때 누출 유체의 양 또는 수준은 상기 용도에 대한 지식 습득에 바람직한 요소이다.

상기로부터 본 발명에 따라 구성된 케이블(10 내지 10E)이 모두 외부 전도성금속 외장(20)상에 내부식성이 높은 피복물을 사용하고 상기 피복물은 또한 과도한 고온 또는 저온을 견딜 수 있는 한편 상대적으로 낮은 마찰계수, 및 상대적으로 높은 강도를 제공한다는 것을 알 것이다. 따라서 케이블의 긴 사용 수명은 전기 특성의 손실 없이 보증된다.

이제 제 7도에 관하여 언급하면, 액체 탄화수소와 같은 비-전도성 유체 및 물과 같은 전도성 유체의 누출을 식별할 수 있는 케이블의 다른 구체예가 도시된다. 제 7도에 도해된 케이블은, 외장(20)을 형성하는 도선의 그룹중 하나가 보호커버링(44) 및 중앙 전도체(42)를 갖는 도선(40)으로 대체되었다는 것을 제외하고는, 제 3도에 도해된 케이블과 유사하다. 중앙 전도체(42)는 그것이 대체하는 그룹내 개개의 도선의 게이지 보다 더 무거운 도선 게이지를 갖는다. 전도체(42)의 도선 게이지는 30게이지 정도일 수 있지만, 게이지는 케이블의 크기에 따라 변할 것이다. 보호 커버링(44)은 중앙 전도체(42)에 대해 압출된 탄소 또는 흑연으로 함침된 중합체 피복물일 수 있는 전기 전도성 커버링이다. 피복물은 1 - 1000ohm-cm 정도 및 바람직하게 5 - 25ohm-cm 정도의 비저항을 가질 수 있다. 부가 도선(46)은 중앙 전도체(12)와 평행하게 놓여진다. 도선(46)은 중앙 전도체(42)와 유사한 중앙 전도체(48), 및 보호 커버링(44)과 유사한 보호 커버링(50)을 갖는다. 대안적으로, 도선 전도체(42 및 48)는 스테인레스 강과 같은 부식되지 않는 물질로부터 제작되므로, 보호 커버링(44 및 50)에 대한 필요를 없앨 수 있다. 또한, 중앙 도체(14)가 커버링(44 또는 50)과 같은 전도성 커버링에 의해 절연되지 않거나 피복되지 않는다면 중앙 전도체 도선(46)은 제거될 수 있다. 상기 케이블에서, 저항은 도선(40) 및 중앙 전도체(14) 사이에서 측정될 것이다. 또한, 절연 및 비절연 중앙 전도체가 모두 사용된다면, 외부 외장의 도체는 비절연될 수 있고 TDR은 외장과 절연 중앙도체 사이에서 측정되며 저항은 외장과 비절연 중앙 전도체 사이에서 측정될 수 있다.

제 7도의 케이블은 그 시스템이 액체 탄화수소 누출물 같은 비-전도성 노출물 및 물 누출물과 같은 전도성 누출물을 식별할 수 있게 한다. 케이블의 각 끝에서 도선(12)의 중앙 도체(14)에 도선(46)의 중앙 전도체(48)를 전기적으로 연결시킴으로써 그리고 케이블의 각 끝에서 편조(20)에 중앙 전도체(42)를 연결시킴으로써 식별이 실행된다. 전도체(42 및 48) 사이의 저항은 누출이 존재하지 않을 때 축적 케이블의 센서 끝에서 측정되고, 상기 수치가 축적된다.

케이블을 모니터하는 동안, 전기 펄스는 편조물(20)과 중앙 도체(14) 사이에 적용되어 이전에 논의된 사간 영역 반사 측정법을 이용하여 누출을 모니터한다. 시간 영역 반사 측정법을 이용하여 누출을 탐지하였을 때, 중앙 전도체(40 및 42)사이의 저항을 측정한다. 저항 변화가 없거나 최소한의 변화만 있다면, 누출물은 탄화수소와 같은 비-전도성 유체이다. 실질적인 변화가 있다면, 누출물은 물과 같은 전도성 유체이다. 따라서, 제 7도에 도해된 케이블은 누출을 탐지하고 위치를 찾아낼 뿐 아니라 누출물이 전도성인지 비전도성인지도 결정할 수 있다. 제 7도 및 8도에 도해된 케이블과 같은 케이블과 함께 사용하기에 적합한 시스템은, 본 출원에 지명된 동일 발명자에 의해 본 출원과 동시에 제출되고 본원에 참조문헌으로서 첨부된 1993년 5월 7일자로 발명의 명칭 "누출 탐지 및 식별 방법 및 장치(METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING AND DISTINGUISHING LEAKS)"로 하여 제출된 미합중국 특허 출원 제 08/057,808호로 공개되었으며, 상기 건에 대해서는 1995년 4월 25일,미합중국 특허 제 5,410,255호로서 특허 허여 된 시스템이 양호하게 이용한다.

제 8도는 전도성 및 비-전도정 액체를 구별할 수 있는 케이블의 또 하나의 구체예를 도시한다. 제 8도에 도해된 케이블은 비절연도선이 제 4도에 도해된 케이블과 유사한 케이블에 첨가된다는 것을 제외하고는 제 7도에 도해된 케이블과 유사하고; 그러나, 제 8도에 도해된 케이블의 조작은 제 7도에 도해된 것과 유사하다. 또한, (40) 및 (46)과 같은 도선은 부착된 도면 제 1-6도에 도해된 케이블을 포함하되, 이에 제한되지 않는 다양한 유형의 동축 및 비-동축 케이블과 연계하여 이용될 수 있다. 비절연 도선은 또한 외장 도선과 함께 합쳐 엮어진다기 보다는 외장의 외부 주위를 에워 싸여질 수 있거나 단순히 외장 내면 또는 외면을 지나갈 수 있다. 또한, 케이블이 동축 구성을 가질 필요는 없지만, 예를 들면, 평행한, 이격 절연 및 비절연 도체로서 형성될 수 있다.

명백하게, 본 발명의 많은 변형 및 변경은 상기 기술에 비추어 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위내에서, 본 발명은 상기 특정하게 서술된 것과 달리 실행될 수 있음은 물론이다.

Claims (9)

1. 유체 누출 탐지 전기 케이블에 있어서, 상기 케이블은:

   중앙 전도체 전선심(12);

   상기 중앙 전도체 전선심 둘레에, 누출 유체를 수용하기 위한 다수의 빈 공간을 갖는 절연 물질의 환상 스페이서 층(18); 및

   상기 중앙 전도체 전선심과 동심 관계로 있는 상기 스페이서 수단 둘레에 배치된 환상 외장(20)을 포함하며;

   상기 외장은 내부식성 물질의 피복물(24)로 피복된 다수의 전기 전도성 도선(22)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 누출 탐지 전기 케이블.
2. 제 1항에 있어서, 상기 외장(20)의 상기 도선(22)이 편조되고 상기 스페이서 층(18)의 상기 빈 공간 내로 상기 누출 유체를 유입시키기 위한 다수의 구멍을 제공하여 상기 중앙 전도체 전선심(12)과 상기 외장(20) 사이에서 전기 커패시턴스(electrical capacitance)를 초래하는 것을 특징으로 하는 유체 누출 탐지 전기 케이블.
3. 제 1항에 있어서, 상기 외장(20)의 상기 도선(22)은 가요성이고, 상기 도선을 물, 산, 알칼리 및 용매로부터 보호하기 위한 수지성 플라스틱 물질의 피복물(24)로 피복되는 것을 특징으로 하는 유체 누출 탐지 전기 케이블.
4. 유체 누출 탐지 전기 케이블에 있어서, 상기 케이블은:

   중앙 전도체 전선심(12);

   누출 유체를 수용하기 위한 다수의 빈 공간을 가지며 상기 중앙 전도체 전선심 둘레에 배치된 절연 물질의 환상 스페이서 층(18); 및

   상기 중앙 전도체 전선심과 동심 관계로 상기 스페이서 층 둘레에 배치된 환상 외장(20)을 포함하며;

   상기 외장은 내부식성 물질의 피복물(24)로 피복된 다수의 전기 전도성 도선(22)으로 형성되며 상기 내부식성 피복 물질은 폴리아미드-이미드 수지(polyamide-imide resin)인 것을 특징으로 하는 유체 누출 탐지 전기 케이블.
5. 전도성 유체와 비-전도성 유체를 구별할 수 있는 유체 탐지 전기 케이블에 있어서, 상기 전기 케이블은:

   절연 중앙 전기 전도체(12, 16 또는 12a, 14a, 16);

   비절연 중앙 전도체 도선(46);

   전기적으로 비전도성 물질로 제조되고, 중앙 전도체(12, 46) 주변에 배치되며, 유체를 수용하기 위한 다수의 빈공간이 형성되어 있는 스페이서(30, 32); 및

   상기 스페이서 둘레에 배치되며 다수의 절연 전도체 도선(22) 및 하나의 비절연 전도체 도선(40)으로 이루어지는 외부 외장(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 탐지 전기 케이블.
6. 제 5항에 있어서, 상기 비절연 전도체 도선(40)과 상기 비절연중앙 전도체 도선(46)이 내부식성 전기 전도성 피복재 커버링(44, 50)으로 피복되는 것을 특징으로 하는 유체 탐지 전기 케이블.
7. 제 6항에 있어서, 상기 피복 물질(44, 50)이 전도성 중합체(conductivc polymer)인 것을 특징으로 하는 유체 탐지 전기 케이블.
8. 제 5항에 있어서, 상기 비절연 전도체 도선(40)이 상기 절연전도체 도선(22)과 섞어 짜여(interlace) 상기 외장(20)을 형성하고, 상기 외장에는 다수의 구멍이 구비되어 그 구멍을 통해 유체가 통과되는 것을 특징으로 하는 유체 탐지 전기 케이블.
9. 전도성 유체와 비-전도성 유체를 구별할 수 있는 유체 탐지 전기 케이블에 있어서, 상기 전기 케이블은:

   제 1절연 전도체 가닥(14a);

   제 1전기 전도체와 이격된 관계로 배치된 제 2절연 전기 전도체(20);

   제 1 및 제 2전기 전도체를 분리시키는 유체 투과성 다공성 물질(30);

   제 1절연 전기 전도체와 인접하여 배치된 제 3비절연 전기 전도체(48); 및

   제 2전기 전도체와 인접하여 배치된 제 4비절연 전기 전도체(42)를 포함하며;

   상기 제 3 및 제 4전기 전도체는 상기 다공성 물질에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 유체 탐지 전기 케이블.