KR101578060B1 - 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 재질의 비도전성 불소계 합성수지로 조성되는 플렉서블한 시트 상태의 베이스시트, 상기 베이스시트의 표면에 서로 만나거나 교차되지 않도록 일정한 패턴 형태로 형성되며 15중량% 이하의 카본블랙이 함유된 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 재질의 도전성 불소계 합성수지가 증착되어 조성되는 도전라인이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 리크센서장치는 산성용액 및 알칼리 용액 등에 대해서도 손상이 없는 불소계 합성수지인 테프론을 재질로 하여 제작된 것이므로 누수되는 물질이 강산성이나 강알칼리성이라 하더라도 오작동 없이 안전하게 누수 여부를 감지할 수 있을 뿐만 아니라 누수된 물질이 센서장치를 오염시켰다 하더라도 이를 제거하기만 하면 다시 재활용하여 사용할 수 있다는 장점이 있다.

Description

플렉서블 시트형 물성감지 리크센서장치{FLEXIBLE SHEET TYPED LEAK SENSOR}

본 발명은 플레서블 시트형 물성감지 리크센서장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 재질의 비도전성 불소계 합성수지로 조성되는 플렉서블한 시트 상태의 베이스시트와 상기 베이스시트의 표면에 서로 만나거나 교차되지 않도록 일정한 패턴 형태로 형성되며 카본블랙이 함유된 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 재질의 도전성 불소계 합성수지가 증착되어 조성되는 도전라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서장치에 관한 것이다.

누수 및 누유시에 누수및 누유를 감지하기 위한 다양한 방식의 리크센서가 사용되고 있다. 대표적으로, 케이블형 리크센서, 밴드타입 리크센서, 그리고 모듈형 리크센서 등을 들 수 있다.

케이블형 리크센서는 각종 액체(물, 오일 등)의 노출을 감지하여 액체가 누출되는 지점까지 정확하고 신속하게 알려주는 누수 및 누유 감지리크센서이다. 누수 및 누유의 감지는 도선을 따라 흐르는 전류가 누출된 물 또는 오일의 저항에 의하여 전위차가 발생되는 것을 감지선으로 감지하여 누수 및 누유의 확인이 가능하다. 그러나 이와 같은 케이블형 리크센서는 설치비용이 고가이고, 센서 케이블 길이가 정해져 있어 고객의 선택폭이 적다. 또한 센서 설치 시 별도 브라켓을 사용해야 하므로 설치가 어렵고, 추가비용이 드는 문제점이 있으며, 누수된 물성 감지후 물성을 제거하는데 시간이 많이 소요됨과 아울러 외부기기와 연결이 어려운 문제점이 있다.

밴드타입(BEND TYPE) 리크감지센서(LEAK DETECTION SENSOR)는 전선을 통해 전류가 흐르는 동안 물이 전선에 닿게 되면 저항값이 변하게 되어 그 저항값의 변화에 따라 누수여부를 감지할 수 있다. 이와 같은 밴드타입 리크감지센서는 저가의 비용으로 넓은 면적의 누수를 감지할 수 있고, 설치가 간편하기는 하지만, 높은 습도 또는 외부의 충격에 의해 에러(ERROR) 발생률이 높고, 정확한 누수위치를 손쉽게 확인할 수 없는 문제점이 있으며, 설치의 연계성이 없어 제품설치의 조잡성이 있다. 또한, 성능에 비해 가격이 고가인 문제점이 있고, 설치시 바닥에 고정할 브라켓을 따로 설치해야 하므로 설치가 어려우며, 외부기기 연결시 단순한 릴레이 접점방식 이외의 연결 디바이스가 없는 문제점이 있다.

모듈형 리크센서는 플라스틱 케이스 내부에 포토 센서(수광부, 발광부)를 위치시켜, 액체를 감지하지 않은 상태에서는 발광부의 빔(BEAM)을 수광부에서 받아들이지만, 발광부 빔(BEAM)이 액체를 감지하게 되면 굴절률의 변화로 빔(BEAM)이 수광부로 가지 못하게 되므로 빛의 수광된 상태로서 누수를 감지하게 된다. 이러한 모듈형 리크센서는 저가의 비용으로 누수위험 부분을 감지할 수 있고, 설치가 간편하며, 주변장치와 상관없이 자체적 경보가 가능함과 아울러 습도에 따른 에러(ERROR)가 없으나, 케이블 타입(CABLE TYPE)과는 달리 특정 위치의 누수여부만 확인 가능한 문제점이 있고, 주변장치와 연결하기가 어려운 문제점이 있었다. 또한, 별도의 센서고정방안을 계획해야 하므로 제품설치시 시간이 많이 소요되는 문제점이 있고, 누수 위험지역의 특정부위만 검출가능 하므로 누수위치가 바뀌게 되면 감지가 어려워지는 문제점이 있었다.

한국공개특허 제10-20111-0007501호 (20011.01.24.공개) 한극등록특허 제10-1326923호 (2013.11.01.등록)

본 발명은 종래 기술의 문제점 및 한계점을 극복하기 위해 안출된 것으로서,

본 발명은 케이블형 리크센서의 장점과 밴드타잎의 리크센서의 장점을 함께 가지는 플렉서블 시트형태의 물성감지 리크센서장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기존의 리크센서로는 미처 인식해서 검출하지 못했던 미세한 양의 누출도 검출할 수 있고 데드포인트가 존재하지 않을 뿐만 아니라 반응성이 우수한 플렉서블 시트 형태의 물성감지 리크센서장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

아울러, 본 발명은 산이나 알칼리 물질에 강한 물성을 가지는 불소계 합성수지를 재질로 함으로써 누수되는 물질이 불산, 황산, 질산 등 산성 용액인 경우에도 누수 검출에 의한 손상 없이 누수된 용액을 간단히 제거하면 다시 센서장치로 재활용할 수 있는 플렉서블 시트 형태의 물성감지 리크센서장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 플렉서블 시트형태의 물성감지 리크센서 장치는, 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 재질의 비도전성 불소계 합성수지로 조성되는 플렉서블한 시트 상태의 베이스시트와 상기 베이스시트의 표면에 서로 만나거나 교차되지 않도록 일정한 패턴 형태로 형성되며 15중량% 이하의 카본블랙이 함유된 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 재질의 도전성 불소계 합성수지가 증착되어 조성되는 도전라인이 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 도전성 불소계 합성수지에는 카본블랙의 함유량이 15중량% 이하인 것이 바람직한데, 상기 카본블랙의 함유 중량비를 넘어서는 경우에는 불소계 합성수지의 도전성 및 물성이 센서로 사용하기에 적합하지 않다는 문제점이 있기 때문이다.

이때, 상기 도전라인을 형성하는 도전성 불소계 합성수지는 액상의 비도전성 ETFE수지 50~55중량%, 용제로서 스테아릭산 화합물, 글리콜 화합물, 소르비탄 및 물의 혼합물 20~25중량%, 바인더로서 글리세린과 규소수지의 혼합물 10~15중량%, 레진으로서 아세틸린계 수지 5~10중량% 및 카본블랙 10~15중량%의 비율로 포함되어 조성된다.

좀 더 상세하게는, 상기 용제는 스테아릭산 화합물 100중량부에 대해 글리콜 화합물 100중량부, 소르비탄 200중량부, 물 200중량부의 비율로 혼합되어 조성되며, 상기 바인더는 글리세린과 규소수지가 2:1의 중량비로 혼합되어 조성되는 것이 바람직하다.

아울러, 도전라인을 형성시키는 ETFE 소재의 도전성 불소계 합성수지에 포함되는 카본블랙은 아세틸렌블랙과 램프블랙이 2:1의 중량비로 혼합되어 조성되는 것이 도전효과적 측면에서 바람직하다.

한편, 본 발명에 의한 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치는 상기 도전라인의 바닥에는 카본블랙으로 조성되는 도전물질이 더 포함되어 있는 것을 다른 특징으로 한다. 카본블랙으로 조성되는 도전물질이 바닥면에 더 포함시켜 도전라인 자체의 도전성이 더욱 증대되도록 하기 위함이다.

상기 도전물질로 채택되는 카본블랙은 아세틸렌 블랙을 주로 사용하는데, 아세틸린블랙에 아세트올세인 용액을 소량 혼합한 후 순수한 물(DI water)로 중화시켜 페이스트화를 한 후 분산제를 소량 첨가하여 고밀도로 분산시킨 것을 사용한다.

상기 도전물질은 고밀도로 분산된 페이스트 상태로서 베이스시트 표면에 메탈마스크에 인쇄하여 먼저 형성시키게 된다. 이후, 상기 도전물질이 인쇄된 위에 다시 도전라인을 형성시키는 ETFE 소재의 도전성 불소계 합성수지를 증착한 후 이를 소결시킴으로써 바닥에 도전물질이 위치한 도전라인을 일체로 형성시킬 수 있다.

아울러, 본 발명에 의한 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치는 상기 도전라인의 폭은 0.1~5mm이며, 상기 도전라인 사이의 간격은 0.5~3mm인 것을 특징으로 한다. 상기 도전라인 자체의 폭 및 도전라인 사이의 간격에 대한 수치한정을 통해 다양한 크기 및 점성을 가지는 누출물성에 대응할 수 있기 때문이다.

또한, 플렉서블 시트의 특성을 살리기 위해 상기 베이스시트의 두께는 100~300㎛인 것이 좋다.

본 발명에 의한 리크센서장치는 산성용액 및 알칼리 용액 등에 대해서도 손상이 없는 불소계 합성수지인 테프론을 재질로 하여 제작된 것이므로 누수되는 물질이 강산성이나 강알칼리성이라 하더라도 오작동 없이 안전하게 누수 여부를 감지할 수 있을 뿐만 아니라 누수된 물질이 센서장치를 오염시켰다 하더라도 이를 제거하기만 하면 다시 재활용하여 사용할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 의한 리크센서장치는 구조는 간단하면서도 도전라인의 간격 및 폭만 조절하면 다양한 물성을 가지는 물질의 누수 여부를 정확하게 확인할 수 있는 구조를 가지도록 구성되어 있어 케이블 형태의 센서의 장점과 저렴하면서도 간단한 구조로 되어 있는 밴드 타잎의 센서의 장점을 동시에 가진다는 다른 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 플렉서블 시트형태의 리크센서장치의 전체 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 플렉서블 시트 형태의 리크센서장치의 종단면을 부분적으로 확대하여 도시한 것이다.
도 3은 ETFE를 재질로 하는 플렉서블 시트 형태의 리크센서장치의 제조공정을 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 플렉서블 시트형태의 리크센서장치의 전체 구성을 도시한 것이며, 도 2는 본 발명에 의한 플렉서블 시트 형태의 리크센서장치의 종단면을 부분적으로 확대하여 도시한 것이다.

베이스 시트(100)는 비도전성, 비점착성 불소계 합성수지를 사용하여 제조되는데 ETFE가 주요 재질로 사용된다. 도 1에서는 베이스 시트가 투명한 재질로 형성되어 있는 것을 도시하였다.

대량으로 제조된 250㎛두께의 비도전성 ETFE 필름 위에 전도성을 가지도록 하기 위하여 액상의 비도전성 ETFE 수지 50~60중량%, 도전성 카본블랙 10~15중량%, 물 20~30중량%, 바인더로서 규소수지와 글리세린수지 혼합물이 5~15중량%가 함께 포함되어 제조된 액상의 도전성 ETFE 혼합수지를 메탈마스킹 방식으로 패턴인쇄를 한 후 이를 소성하여 도전라인(200)을 형성시켜 제조되는데, 이때 형성되는 도전라인의 두께는 30~100㎛이다.

한편, 도 2에서 도시된 바와 같이 상기 도전라인의 바닥에는 카본블랙을 도전물질(300)로 채택하여 도전라인의 바닥에 일체적으로 함께 형성시켰다.

따라서, 본 발명에 의한 센서장치는 누수된 액이 센서 표면 위로 떨어지게 되면 서로 떨어져서 형성되어 있으므로 전기적으로 단절되어 있던 도전라인이 누수액으로 인해 서로 연통됨으로써 전기가 흐르게 되고, 이러한 통전 현상이 발생되면 센서가 통전을 감지함으로써 본 센서장치가 위치해 있는 곳에 있는 플랜지 등에서 누수 또는 누액이 발생하였음을 알 수 있도록 해주는 방식으로 작동하게 된다.

한편, 누액이 발생되었음을 확인한 후에는 다시 누액을 제거하는 것만으로도 센서의 교체 없이 다시 센서로서의 기능을 발휘할 수 있게 된다. 따라서 누수 또는 누액에 따른 센서 교체가 필요없고 한번 설치한 후에는 반영구적으로 사용할 수 있다.

아울러, 플렉서블한 시트 형태로 제작되므로 플렌지 등의 둘레를 밴딩 형태로 감싸서 누수여부를 채택할 수 있으므로 설치가 간편하며 데드포인트가 전혀 발생되지 않는다는 장점이 있다.

실시예 1에서는 베이스 시트와 도전라인 모두 에틸렌 테트라 플루오로 에틸린(ETFE)을 채택한 플렉서블 시트형태의 리크센서장치를 구성하였다.

베이스 시트의 두께는 250㎛으로 하였으며, 도전라인의 두께는 도전물질을 포함하여 40㎛으로 형성시켰다.

도전성 ETFE 수지에는 아세틸렌 블랙을 15중량% 함유하고 있는 것을 사용하였다. 구체적으로는, 증류수와 스테아릭산 화합물, 글리콜 화합물, 소르비탄 15g을 비이커에 준비한 후 비도전성 ETFE 수지액 20g을 혼합하였다. 소르비탄은 미리 물과 혼합한 수용액 상태의 것을 사용해도 무방하다. 여기에는 글리세린을 3g을 첨가하였고, 아세틸렌 블랙과 램프블랙이 혼합되어 조성된 카본블랙 10g을 첨가한 후 초음파를 이용하여 혼합시켰다. 액상 상태로 조성된 도전성 ETFE 수지의 점도는 9000cps 이었다.

이때 도전라인의 바닥에 함께 포함되어 있는 도전물질로는 아세틸렌 블랙을 채택하여 사용하였으며, 도전라인의 바닥에 함께 형성시켰다. 구체적으로는 도전물질은 아세틸렌 블랙에 아세트올세인 용액 소량을 첨가 혼합한 후 DI 워터를 이용하여 중화시켜 페이스트화 한 후, 여기에 분산제를 소량 첨가하여 고밀도로 분산시킨 후 제조하였다. 페이스트 상태로 제조된 아세틸렌 블랙으로 메탈마스크에 작은 선폭(폭 900㎛, 높이 15㎛)으로 베이스시트의 표면 위에 인쇄하고 같은 자리에 조금더 넓은 폭(폭 1100㎛, 높이 25㎛)로 앞서 제조된 도전성 ETFE 수지를 2중층으로 증착시킨다. 이후, 약 1시간 정도 상온에서 건조시킨 후 300℃에서 10분 정도 소결 시켜 일체적으로 형성시킨다. 전체적으로 40㎛의 두께를 가지며, 바닥에는 도전물질인 카본블랙이 일체적으로 함께 형성되어 있는 도전라인을 얻을 수 있었다.

한편, 본 리크센서장치의 크기는 가로 세로 모두 50cm인 것을 제작하였다.

제작된 리크센서장치의 검출저항은 200~300㏀으로서, 센서장치 전 면적에 걸쳐 안정적인 검출저항수치를 나타내었다.

도 3는 ETFE를 재질로 하는 플렉서블 시트 형태의 리크센서장치의 제조공정을 도시한 것이다.

플레이트제조단계(S110)는 금속판의 표면에 쇼트처리를 한 후 액상의 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE)을 코팅시킨 후 소결하여 표면에 이형성이 확보된 시트제조용플레이트를 제조하는 단계이다. PTFE가 금속판의 표면에 단단하게 결착됨으로써 표면 자체에 이형성이 확보된 시트제조용 플레이트를 제조할 수 있다.

베이스시트제조단계(S120)은 상기 폴리테트라 플우오로 에틸렌(PTFE)가 코팅된 플레이트의 표면에 비도전성 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 파우더를 도포한 후 열처리하여 ETFE소재의 베이스시트를 제조하는 단계이다. 이는 ETFE가 열가소성 수지로서의 특성을 가지고 있는 점을 감안하여 분말을 열처리하여 시트 형태로 제조하는 단계로서 열처리 온도는 310~320℃이며 1회 이상 수회 열처리 가공을 하는 것이 바람직하다.

도전라인형성단계(S130)은 상기 베이스시트의 표면에 메탈마스킹 방법으로 카본블랙이 함유된 도전성 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE)을 증착시켜 서로 만나거나 접하지 않도록 패터닝된 도전라인을 형성시키는 단계이다.

베이스시트이형단계(S140)은 상기 도전라인이 형성된 베이스시트를 상기 시트제조용플레이트에서 분리해내는 단계이다.

상기 각 단계들을 거쳐 ETFE를 재질로 하는 플렉서블 시트형태의 리크센서장치가 제조된다.

100 : 베이스시트
200 : 도전라인
300 : 도전물질

Claims (10)

1. 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 재질의 비도전성 불소계 합성수지로 조성되는 플렉서블한 시트 상태의 베이스시트와 상기 베이스시트의 표면에 서로 만나거나 교차되지 않도록 일정한 패턴 형태로 형성되며 액상의 비도전성 ETFE수지 50~55중량%, 용제로서 스테아릭산 화합물, 글리콜 화합물, 소르비탄 및 물의 혼합물 20~25중량%, 바인더로서 글리세린과 규소수지의 혼합물 10~15중량%, 레진으로서 아세틸린계 수지 5~10중량% 및 카본블랙 10~15중량%의 비율로 포함되어 조성된 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 재질의 도전성 불소계 합성수지가 증착되어 조성되는 도전라인이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 용제는 스테아릭산 화합물 100중량부에 대해 글리콜 화합물 100중량부, 소르비탄 200중량부, 물 200중량부의 비율로 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 바인더는 글리세린과 규소수지가 2:1의 중량비로 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 카본블랙은 아세틸렌블랙과 램프블랙이 2:1의 중량비로 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치.
   
6. 청구항 1, 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도전라인의 바닥에는 카본블랙으로 조성되는 도전물질이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치.
   
7. 청구항 1, 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도전라인의 폭은 0.1~5mm이며,
   상기 도전라인 사이의 간격은 0.5~3mm인 것을 특징으로 하는 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치.
   
8. 청구항 1, 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 베이스시트의 두께는 100~300㎛인 것을 특징으로 하는 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치.
   
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 도전라인의 폭은 0.1~5mm이며,
   상기 도전라인 사이의 간격은 0.5~3mm인 것을 특징으로 하는 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치.
   
10. 청구항 6에 있어서,
    상기 베이스시트의 두께는 100~300㎛인 것을 특징으로 하는 플렉서블 시트형 물성감지 리크센서 장치.

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