KR101143889B1 - 자동잠금 분별깔때기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자동잠금 분별깔때기는, 그로브 박스 또는 핫셀 내에서 원격조종에 의한 작업시, 서로 다른 액상의 액체를 자동으로 분별하도록 구성되며, 특히 센서가 두 액상의 경계면을 감지하는데 있어 정확성을 향상시키도록 고안한 센서관 및 밸브관이 특징이다. 구체적으로, 서로 다른 액상의 액체가 수용되는 수용부; 상기 수용부의 하부에 연결된 센서관에 장착된 전기전도도 센서; 상기 전기전도도 센서와 전기적으로 연계되어, 상기 전기전도도 센서에 의해 감지된 전기전도도 변화에 따라 전기신호를 발생시키는 컨트롤러; 및 상기 센서관의 하부에 연결된 밸브관에 장착되어, 상기 컨트롤러의 전기신호에 의해 선택적으로 개폐되는 솔레노이드 밸브;를 포함한다.

그로브 박스, 핫셀, 액체, 자동분별, 전기전도도 센서, 솔레노이드 밸브

Description

자동잠금 분별깔때기{Fractional funnel with automatic lock}

본 발명은 자동잠금 분별깔때기로서, 그로브 박스 또는 핫셀 내에서 원격조종에 의한 작업시, 서로 다른 액상의 액체를 자동으로 분별할 수 있는 잠금 분별깔때기에 관한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 수용부를 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1의 수용부에서 잘 섞이지 않는 두 액체의 상분리에 따라 형성된 경계면을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 수용부에서 잠금꼭지를 열어 하측의 액체가 배출되어 경계면이 잠금꼭지에 도달된 것을 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 잘 섞이지 않는 두 액상(liquid phases)의 액체(1)를 분별깔대기(2)에 넣으면 비중 차이에 따라 무거운 액상은 아래쪽으로 가벼운 액상은 위쪽으로 떠서 상분리가 일어나고 두 액상 간에 경계면(1a)이 형성된다.

그런 다음, 잠금꼭지(stop cock)(3)를 열면 아래 액체(1)가 밑으로 빠져나가 고, 두 액체(1) 간의 경계면(1a)은 아래로 이동하게 되고 하측 액체(1)가 거의 빠져나가는 순간, 경계면(1a)은 잠금꼭지(3) 바로 위 좁은 관(tube)을 통과한다.

이때, 잠금꼭지(3)와 경계면(1a)의 거리가 최소가 되는 순간을 눈으로 포착하여 수동으로 잠금꼭지(3)를 잠금으로써, 두 액상의 분별작업을 마감한다.

이와 같은 분별깔때기(2)에 의한 작업은, 일반적 화학실험 조건에서는 큰 어려움이 없이 수행할 수 있으나, 취급하는 용액의 특성상 비활성분위기가 필요한 그로브박스 혹은 방사선 차폐가 필요한 핫셀에서의 작업인 경우, 원격조종기를 사용한 잠금꼭지(3)의 잠금 조작이 수월하지 않고, 격리된 공간 내 분별 깔대기의 작업자 눈으로부터의 거리 및 창유리의 간섭현상(반사 및 굴절)으로 두 액상 경계면(1a) 흐름의 순간포착이 어려운 한계점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 두 액상간 전기전도도 차이를 감지하고 솔레노이드 밸브를 작동시키는 자동잠금 장치가 부착 된 분별깔때기를 사용할 수 있다. 자동잠금 분별깔때기 사용시 액상의 경계면이 센서를 통과하는 순간 정확하게 자동잠금 장치에 전기신호를 줄 수 있어야 하는 점이 중요하다. 그러나 두 액상의 특성에 따라서는 경계면이 센서를 통과하며 액상이 바뀐 후에도 센서관 및 센서 표면층을 덮고 있는 이전 액상으로 인하여 액상변화의 순간포착이 정확하지 못해 자동잠금 장치의 작동이 다소 늦어지거나 오작동할 수 있는 여지가 있다.
따라서, 본 발명은 그로브 박스 또는 핫셀 내에서 원격조종에 의한 작업시, 서로 다른 액상의 액체를 센서가 순간적으로 정확하게 감지하고 자동으로 분별할 수 있는 잠금 분별깔때기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동잠금 분별깔때기는, 그로브 박스 또는 핫셀 내에서 원격조종에 의해 서로 다른 액상의 액체를 분리하도록 구성된다.

구체적으로, 본 발명은, 서로 다른 액상의 액체가 수용되는 수용부; 상기 수용부의 하부에 연결된 센서관에 장착된 전기전도도 센서; 상기 전기전도도 센서와 전기적으로 연계되어, 상기 전기전도도 센서에 의해 감지된 전기전도도 변화에 따라 전기신호를 발생시키는 컨트롤러; 및 상기 센서관의 하부에 연결된 밸브관에 장착되어, 상기 컨트롤러의 전기신호에 의해 선택적으로 개폐되는 솔레노이드 밸브;를 포함한다.

이때, 상기 센서관의 전기전도도 센서는, 두 개가 상하방향 이격되어 배치된 것이 바람직하다.

아울러, 두 개의 상기 전기전도도 센서의 간격은 5 내지 10mm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 전기전도도 센서의 재료는 백금 또는 금인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 센서관은 상기 액체의 표면장력이 크도록 소수성 및 비활성 재질인 것이 바람직하다.

이때, 상기 센서관은 테프론 재질로 이루어진 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 밸브관은, 상기 액체의 서로 다른 액상의 경계면에서의 메니스커스(meniscus) 형태가 유지되도록, 내경이 상기 센서관보다 작은 것이 바람직하다.

그리고, 상기 수용부, 센서관, 및 밸브관은 일체형이거나, 별도로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 자동잠금 분별깔때기의 센서관 및 밸브관은, 그로브박스 또는 방사성 시료를 다루는 핫셀 실험과정에서 서로 다른 액상의 분리를 원격조정에 의한 작업시, 작업자의 눈 대신에 전기전도도 센서에 의해 두 액체의 경계면의 통과를 정확하게 감지하게 하고, 감지된 순간 수작업이 아닌 전기신호에 의해 자동으로 잠금되도록 구성됨으로써, 실험자의 방사선 피폭을 경감하면서 작업 효율성을 향상시키는 효과를 지닌다.

본 발명은, 그로브 박스 또는 핫셀 내에서 원격조종에 의한 작업시, 서로 다른 액상의 액체를 자동으로 분별하도록 하는데 있어서 센서에 두 액상의 경계면이 통과하는 경우 액상변화를 정확하게 감지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수용부를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4의 수용부에서 솔레노이드 밸브를 열어 하측의 액체가 배출되어 경계면이 전기전도도 센서에 도달된 것을 나타낸 도면이고, 도 6은 컨트롤러를 나타낸 회로도이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 수용부(20), 상기 수용부(20) 하부에 설치된 전기전도도 센서(50)가 부착된 센서관(40), 상기 전기전도도 센서(50)에 연결된 컨트롤러(controller), 및 상기 수용부(20) 하부에 설치된 상기 솔레노이드 밸브(70)가 부착된 밸브관(60)을 포함한다.

상기 수용부(20)는 내부에 서로 다른 액상의 액체(1)가 수용된다.

이러한 수용부(20)는 밀도 차이가 많이 나 서로 섞이지 않는 두 종류의 액체(1)를 분리하기 위해 사용되는 깔때기 형상의 부분이다.

상기 전기전도도 센서(50)는 수용부(20)의 하부에 연결된 센서관(40)에 장착된다.

이때, 상기 센서관(40)은 액체(1)의 표면장력이 크도록 소수성 및 비활성 재질인 것이 바람직하다.

구체적으로, 센서관(40)은 비활성인 테프론 재질로 이루어진 것이 더욱 바람직하다.

상기 테프론은 가공이 용이하고 각종 용매에 대해 화학적으로 안정할 뿐만 아니라, 표면에서의 소수성 및 물분자의 표면장력이 매우 큰 특성을 지닌다.

물론, 센서관(40)은 이에 한정되지 않고, 소수성, 표면장력, 가공성, 비활성 특성을 고려한 여타 재질로 제작될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 센서관(40)은, 상기 경계면(1a)의 하강으로 인하여 액상이 바뀌는 순간, 두 전기전도도 센서(50) 사이의 테프론 표면에서의 액체(1) layer를 파괴하고 방울방울 형태로 뭉치게 함으로써, 액체(1)에 의한 전기전도 흐름을 빠르게 차단한다.

결과적으로, 상기 센서관(40)은 상변화를 신속하고 정확하게 측정하도록 하는 작용을 한다.

또한, 상기 전기전도도 센서(50)는 두 개가 상하방향 이격되어 배치된다.

이때, 전기전도도 센서(50)는 두 가닥의 선 형태 또는 봉 형상으로 제작될 수 있으며, 센서관(40)의 외부로부터 내측으로 관통하여 센싱될 부분이 센서과 내부 표면에서 상하 이격되어 위치된다.

구체적으로, 두 개의 상기 전기전도도 센서(50)의 간격은, 액체(1)의 비전도도(specific conductance)와 테프론으로 이루어진 센서관(40) 표면의 물방울 크기 를 고려하여 5mm 내지 10mm인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 전기전도도 센서(50)의 재료는 백금(Pt) 또는 금(Au)이 활용될 수 있다

그리고, 상기 컨트롤러는, 전기전도도 센서(50)와 전기적으로 연계되어, 전기전도도 센서(50)에 의해 감지된 전기전도도 변화에 따라 전기신호를 발생시킨다.

이에 대한 구체적인 회로도는 도 6에 도시된다.

한편, 상기 솔레노이드 밸브(70)는 센서관(40)의 하부에 연결된 밸브관(60)에 장착되어, 상기 컨트롤러의 전기신호에 의해 선택적으로 개폐된다.

여기에서, 밸브관(60)은 솔레노이드 밸브(70)가 장착된 부위까지 그 유로가 좁아지도록 테이퍼진 형상을 지닌다.

이와 같은 밸브관(60)은, 액체(1)의 서로 다른 액상의 경계면(1a)에서의 메니스커스(meniscus) 형태가 유지되도록, 내경이 상기 센서관(40)보다 작은 것이 바람직하다.

이때, 메니스커스란 모세관 현상에 의해 관 속의 액면이 이루는 곡면으로서, 액체의 성질에 따라 액면이 오목하거나 볼록해진 형상을 이른다.

만약 밸브관(60)의 내경이 센서관(40)의 내경보다 크면, 전기전도도 센서(50) 부위에서 액체(1)의 흐름이 빨라짐에 따라, 두 액체(1) 사이 경계면(1a)의 메니스커스 형태가 변형된다.

결과적으로, 솔레노이드 밸브(70)에 대한 잠금 전기신호 발생을 방해할 수 있는 문제점이 발생될 수 있다.

한편, 상기 수용부(20), 센서관(40), 및 밸브관(60)은 일체형이거나, 별도로 제조될 수 있다.

여기에서, 본 발명을 이용한 두 액상의 액체(1)를 분별하는 과정에 대해 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 수용부(20)에 액상의 두 액체(1)를 넣기 전, 컨트롤 밸브(control valve)의 접점을 클로즈(close)에 연결하여 솔레노이드 밸브(70)(solenoid valve)를 잠금상태로 한다.

이어서, 두 액체(1)를 수용부(20)에 부어 넣은 후 기다리면, 도 4에 도시된 바와 같이 두 액체(1)의 경계면(1a)이 나타나면서 두 액체(1)의 위치가 상하로 나누어진다.

그런 다음, 컨트롤 밸브 접점을 오픈(open)에 연결하여 솔레노이드 밸브(70)를 열림상태로 하면 아래 액체(1)가 빠져나가기 시작한다.

계속하여 컨트롤 밸브의 접점을 디텍팅 앰프(detecting Amp.)의 접점(cont) 에 연결하면 디텍팅 앰프에 의해 전기전도도 센서(50)를 통과하는 전기전도도가 측정된다.

마지막으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 두 액체(1)의 경계면(1a)이 전기전도도 센서(50)를 통과하는 순간의 전기전도도 변화에 따라 디텍팅 앰프에 의해 전기신호가 발생하며, 이 전기신호에 의해 솔레노이드 밸브(70)가 잠금 상태로 되면서 분별작업이 종료된다.

이와 같이 분별작업이 진행되는 본 발명은, 그로브박스 또는 방사성 시료를 다루는 핫셀 실험과정에서 원격조정에 의한 작업시, 작업자의 눈 대신에 전기전도도 센서(50)에 의해 두 액체(1)의 경계면(1a)의 통과를 정확하게 감지하고, 감지된 순간 수작업이 아닌 전기신호에 의해 자동으로 잠금되도록 구성됨으로써, 실험자의 방사선 피폭을 경감하면서 작업 효율성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

도 1은 종래기술에 따른 수용부를 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1의 수용부에서 잘 섞이지 않는 두 액체의 상분리에 따라 형성된 경계면을 나타낸 도면이다.

도 3은 도 1의 수용부에서 잠금꼭지를 열어 하측의 액체가 배출되어 경계면이 잠금꼭지에 도달된 것을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수용부를 나타낸 도면이다.

도 5는 도 4의 수용부에서 솔레노이드 밸브를 열어 하측의 액체가 배출되어 경계면이 전기전도도 센서에 도달된 것을 나타낸 도면이다.

도 6은 컨트롤러를 나타낸 회로도이다.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 액체 1a : 경계면

20 : 수용부 40 : 센서관

50 : 전기전도도 센서 60 : 밸브관

70 : 솔레노이드 밸브

Claims (9)

1. 삭제
2. 그로브 박스 또는 핫셀 내에서 원격조종에 의한 작업시, 서로 다른 액상의 액체를 자동으로 분별하는 자동잠금 분별깔때기에 있어서,

   서로 다른 액상의 액체가 수용되는 수용부;

   상기 수용부의 하부에 연결된 센서관에 장착된 전기전도도 센서;

   상기 전기전도도 센서와 전기적으로 연계되어, 상기 전기전도도 센서에 의해 감지된 전기전도도 변화에 따라 전기신호를 발생시키는 컨트롤러; 및

   상기 센서관의 하부에 연결된 밸브관에 장착되어, 상기 컨트롤러의 전기신호에 의해 선택적으로 개폐되는 솔레노이드 밸브;를 포함하되,

   상기 센서관은,

   상기 전기전도도 센서에 상기 서로 다른 액상의 경계면이 통과시 액상변화를 정확하게 감지하도록 상기 액체의 표면장력이 큰 소수성 및 비활성 재질로 이루어지고,

   상기 밸브관은,

   상기 액체의 서로 다른 액상의 경계면에서의 메니스커스(meniscus) 형태가 유지되도록, 내경이 상기 센서관보다 작은 것을 특징으로 하는 자동잠금 분별깔때기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 전기전도도 센서는,

   두 개가 상하방향 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 자동잠금 분별깔때기.
4. 제3항에 있어서.

   두 개의 상기 전기전도도 센서의 간격은 5mm 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 자동잠금 분별깔때기.
5. 제2항에 있어서,

   상기 전기전도도 센서의 재료는 백금 또는 금인 것을 특징으로 하는 자동잠금 분별깔때기.
6. 삭제
7. 제2항에 있어서,

   상기 센서관은 테프론 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동잠금 분별깔때기.
8. 삭제
9. 제2항 내지 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 수용부, 센서관, 및 밸브관은 일체형이거나, 별도로 제조된 것을 특징으로 하는 자동잠금 분별깔때기.

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