KR101649968B1 - 잔류염소 측정장치 및 이를 이용한 다목적 온라인 잔류염소 측정시스템 - Google Patents

잔류염소 측정장치 및 이를 이용한 다목적 온라인 잔류염소 측정시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 담수 및 해수에 존재하는 잔류염소와 잔류산화제 농도를 측정하는 다목적 온라인 잔류염소 측정장치에 관한 것으로, 정수처리 공정시 필요한 저농도의 잔류염소 농도와 선박평형수처리 공정시 필요한 고농도의 잔류산화제 농도를 온라인(on-line)으로 실시간 측정하여 각 처리공정을 효율적으로 제어할 수 있도록 하는 잔류염소 측정장치 및 이를 이용한 다목적 온라인 잔류염소 측정시스템에 관한 것이다.
본 발명은 시료유입부(100), 측정부(200), 시약부(300), 시약주입부(400), 제어부(500), 케이스부(600)를 포함한 잔류염소 측정장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 측정부(200)는 상부판(210), 하부판(220), 측정셀안착부(230), 측정셀(240), 측정센서(250)를 포함하여 구성된 것에 특징이 있는 잔류염소 측정장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 시료도입부(100)는 유입압력부(110), 밸브부(120), 유입연결관(104)을 포함하여 구성된 것에 특징이 있는 잔류염소 측정장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 시약부(300)는 발색시약부(310), 완충용액부(320)를 포함하여 구성되고,
상기 시약주입부(400)는 발색시약주입부(410), 완충용액주입부(420)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 잔류염소 측정장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기의 잔류염소 측정장치(1000) 및, 관리서버부(3000) 또는 단말부(2000)를 하나 이상 포함하여 구성된 다목적 온라인 잔류염소 측정시스템을 제공한다.

Description

잔류염소 측정장치 및 이를 이용한 다목적 온라인 잔류염소 측정시스템{a residual chlorine detector and the multi-funtional residual chlorine detecting system using thereof}
본 발명은 담수 및 해수에 존재하는 잔류염소와 잔류산화제 농도를 측정하는 다목적 온라인 잔류염소 측정장치에 관한 것으로, 정수처리 공정시 필요한 저농도의 잔류염소 농도와 선박평형수처리 공정시 필요한 고농도의 잔류산화제 농도를 온라인(on-line)으로 실시간 측정하여 각 처리공정을 효율적으로 제어할 수 있도록 하는 잔류염소 측정장치 및 이를 이용한 다목적 온라인 잔류염소 측정시스템에 관한 것이다.
염소는 수중에 있는 병원균을 비롯한 미생물을 사멸시키는 주요한 화학물질로 정수처리, 하수처리, 선박평형수처리 등 많은 분야에서 활용되고 있다. 그러나 수중의 염소는 페놀이나 다른 유기물과 반응하여 불쾌한 냄새와 맛 유발, 발암물질인 트리할로메탄(THM: Trihalomethane)과 같은 염소유기화합물을 형성, 강한 산화력으로 인한 장비 및 관의 부식을 초래하기도 한다. 따라서 각 처리공정의 목적에 맞도록 적당한 농도의 잔류염소를 유지하는 것은 매우 중요하며, 이를 위해 잔류염소 농도에 대한 지속적인 모니터링 및 관리는 필수불가결한 것이라 할 수 있다.
잔류염소 농도를 분석하는 장비는 특정 시약을 주입하여 잔류염소와 반응시켜 색을 유발 시킨 후 색의 짙은 정도를 측정하는 분광광도법에 의한 측정장치와 잔류염소가 전기적 또는 화학적으로 전극과 반응하고 반응한 전류의 세기를 측정하는 전극법에 의한 측정장치가 대표적이다.
분광광도법에 의하여 잔류염소를 측정하는 방식은 오랜 시간 검증된 방법으로 시료의 pH, 온도, 수압 변동에 영향이 적어 열악한 환경조건에 적합하다. 또한 분광광도법에 발색물질로 사용되는 DPD는 잔류염소 뿐만 아니라 이산화염소(ClO2), 브로민(Br2), 오존(O3), 과산화수소(H2O2) 등 다른 산화제와 반응하여 붉은색의 화합물을 형성한다. 따라서 DPD를 활용한 분광광도법은 잔류염소가 산화제의 대부분을 차지하는 정수처리공정의 잔류염소 측정과 잔류염소를 비롯하여 다량의 다른 산화제가 존재하는 선박평형수처리공정의 잔류산화제 측정에 좋은 방법이다. 그러나 DPD를 활용한 측정법은 염소농도를 기준으로 10mg/L이상에서 색에 대한 분별력을 상실하여 측정범위에 들어오도록 시료를 일정비율로 희석해서 측정해야하므로 고농도의 잔류염소를 온라인에 적용하는데 큰 어려움이 존재한다. 또한 발색 물질인 DPD는 산소, 온도, 빛에 의해 발색 능력을 쉽게 잃게 되어 수용액 상태로 오래 보존할 수 없는 치명적인 단점을 가지고 있어 사용자로 하여금 시약을 자주 교체해야하는 불편함을 초래한다. 현재까지 개발된 분광광도법에 의한 온라인 잔류염소 측정장치는 시료의 유출입 및 유로의 세척, 시료와 시약의 정량반응 유도를 위하여 비교적 복잡한 장비 구성을 필요로 하여 유지관리에 많은 어려움이 존재한다.
전극법에 의한 잔류염소 측정센서는 차아염소산(HOCl)과 반응하며, 차아염소산은 pH 조건에 따라 차아염소산 이온(OCl-)과 같이 존재한다. 따라서 전극법은 시료의 pH를 측정하는 pH측정센서가 필요하며 전극은 온도변화에 취약하고 온도 보정에 한-계가 있다. 또한 잔류염소 단일물질을 측정하므로 잔류염소만 존재하는 정수처리공정에 적합하지만 다른 산화제를 다량 함유한 선박평형수처리공정에 적용하는데 한계가 있으며, 가격이 분광광도법에 비해 상대적으로 비싼 단점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점 및 요구인 구조가 간단하면서도 유지관리에 어려움이 없으며 정확성이 높은 잔류염소 측정장치 및 이를 이용한 잔류염소 측정 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명에서는 구조가 간단한 장치구성을 통해 시료의 유출입을 제어하고, 반응시료의 부피를 일정하게 유지하고, 반응시료와 시약의 정량반응을 유도하는 것이 탁월한 잔류염소 측정장치 및 이를 이용한 잔류염소 측정 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 온라인 상에서 고농도의 시료를 측정할 수 있도록 반응시료를 일정비율로 희석할 수 있도록 하여 저농도의 잔류염소 농도측정이 필요한 정수처리공정, 고농도의 잔류산화제 농도측정이 필요한 선박평형수처리공정 등 측정농도범위가 다양한 목적에 맞도록 저렴한 가격의 잔류염소 측정장치 및 이를 이용한 잔류염소 측정 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 간단한 구조와 더불어 산소를 완벽히 차단할 수 있는 시약용기를 적용하여 시약의 보존기간을 대폭 늘림으로써 시약교체에 대한 사용자의 불편함을 개선하여 유지관리가 쉬운 온라인 잔류염소 측정장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 문제점 및 요구를 해결하기 위하여,
시료유입부(100), 측정부(200), 시약부(300), 시약주입부(400), 제어부(500), 케이스부(600)를 포함한 잔류염소 측정장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 측정부(200)는 상부판(210), 하부판(220), 측정셀안착부(230), 측정셀(240), 측정센서(250)를 포함하여 구성된 것에 특징이 있는 잔류염소 측정장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 시료도입부(100)는 유입압력부(110), 밸브부(120), 유입연결관(104)을 포함하여 구성된 것에 특징이 있는 잔류염소 측정장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 시약부(300)는 발색시약부(310), 완충용액부(320)를 포함하여 구성되고,
상기 시약주입부(400)는 발색시약주입부(410), 완충용액주입부(420)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 잔류염소 측정장치(1000)를 제공한다.
또한 본 발명은 상기의 잔류염소 측정장치(1000) 및, 관리서버부(3000) 또는 단말부(2000)를 하나 이상 포함하여 구성된 다목적 온라인 잔류염소 측정시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 잔류염소 측정장치 및 이를 이용한 잔류염소 측정 시스템은 구조가 간단하면서도 유지관리에 어려움이 없으며 측정의 정확성이 높은 효과가 나타난다.
또한 본 발명에 따른 잔류염소 측정장치 및 이를 이용한 잔류염소 측정 시스템은 구조가 간단한 장치구성을 통해 시료의 유출입을 제어하고, 반응시료의 부피를 일정하게 유지하고, 반응시료와 시약의 정량반응을 유도하는 것에 대한 탁월한 효과가 나타난다.
또한 본 발명에 따른 잔류염소 측정장치 및 이를 이용한 잔류염소 측정 시스템은 온라인 상에서 고농도의 시료를 측정할 수 있도록 반응시료를 일정비율로 희석할 수 있으며 또한 저농도의 잔류염소 농도측정이 필요한 정수처리공정, 고농도의 잔류산화제 농도측정이 필요한 선박평형수처리공정 등의 측정농도범위가 다양한 목적에 맞는 기능을 수행하는 점에 탁월한 효과가 나타난다.
도 1은 본 발명에 따른 잔류염소 측정장치 구조 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 잔류염소 측정장치 세부 구조도.
도 3a는 본 발명에 따른 잔류염소 측정장치 측정부의 세부 구조도.
도 3b는 본 발명에 따른 측정부의 센서부의 세부 구조도.
도 3c는 본 발명에 따른 측정부의 시약주입관의 세부 구조 및 확대도.
도 3d는 본 발명에 따른 측정부의 완충용액주입관의 세부 구조 및 확대도.
도 4a는 본 발명에 따른 시약주입부의 세부 구조도.
도 4b는 본 발명에 따른 피스톤식 시약주입부의 세부 구조도.
도 5a는 본 발명에 따른 수축형 용기 시약부(발색시약)의 개념도.
도 5b는 본 발명에 따른 수축형 용기 시약부(완충용액)의 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 잔류염소 측정 시스템 개념도.
이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
본 발명은 시료유입부(100), 측정부(200), 시약부(300), 시약주입부(400), 제어부(500), 케이스부(600)를 포함한 잔류염소 측정장치(1000)를 제공한다.
도 1에서 보는 것처럼 본 발명의 시료도입부(100)는 정수, 하수, 선박평형수 등을 상기한 측정부(200)에 유입하는 장치 또는 수단을 의미한다.
본 발명의 시료도입부(100)는 유입압력부(110), 밸브부(120), 유입연결관(104)을 포함하여 구성되어 있다.
도 2에서 보는 것처럼 유입압력부(110)는 시료가 도입되는 도입관(101), 유입압력부와 밸브부를 연결시키는 연결관(102) 및, 연결관(102)과 측정부(200)를 연결하는 유입연결관(104)을 포함하여 구성되어 있다.
상기한 유입압력부(110)는 시료에 압력을 가하여 측정부로 유입시키는 기능을 하는 장치 또는 수단을 의미한다.
따라서 유입압력부는 압력발생장치 및 압력계가 구비되어 있어서 일정한 압력을 시료에 작용하여 시료의 일정량을 측정부로 유입시키게 된다.
상기한 밸브부(120)는 유입압력부에서 작용하는 압력에 의하여 시료를 측정부로 유입시킬 때 개폐의 기능을 수행하도록 한다.
따라서 밸브부는 바람직하게는 솔레노이드 밸브로 구성하게 하는 것이 좋으며 그에 따라 유입압력부에서 시료에 압력이 작용할 때 밸브를 열게 하여 적시에 측정부로 시료를 유입시키는 작용을 수행하게 할 수 있다.
본 발명의 시료도입부의 기술적 특징은 시료도입부에 공기체크밸브(130)가 구성되어 있다는 점이다.
도 2에서 보는 것처럼 상기한 공기체크밸브(130)는 연결자(140)에 연결되어 있으며, 연결자(140)는 연결관(102)과 유입연결관(104)과 연결되어 있다.
상기한 연결자(140)는 T자 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 공기체크밸브(130)는 시료도입부에서 시료를 측정부로 유입시킬 때 유입관 등에 진공상태의 압력이 걸릴 수가 있다.
그에 따라 시료의 정확한 량이 측정부로 유입되기 어려운 경우가 발생하거나 또는 싸이펀(siphon) 등의 작용이 발생하여 시료가 과다로 유입되어 역과하는 문제점이 발생하는데 공기체크밸브(130)를 구비함에 따라 이러한 문제점을 해결하는 효과가 창출된다.
본 발명은 상기와 같은 구성으로 적정한 시료를 측정부에 안정적으로 공급해주는 효과를 창출한다.
본 발명의 측정부(200)는 유입된 시료와 시약을 혼합하여 시료에 포함된 잔류염소, 총염소 및 총잔류 산화제 농도를 측정하는 장치 또는 수단을 의미한다.
도 3a에서 보는 것처럼 본 발명의 측정부(200)는 상부판(210), 하부판(220), 측정셀안착부(230), 측정셀(240), 측정센서(250)로 구성되어 있다.
상기한 상부판(210) 및 하부판(220)은 결합하여 측정부 몸체를 형성하게 되며, 측정셀안착부(230)가 형성되도록 구성되어 있다.
또한 상기한 상부판(210) 또는 하부판(220)은 시료가 유입되는 시료유입관(213), 시료가 과도로 유입되는 경우 월류할 수 있는 시료월류관(214)이 형성되어 있으며 바람직하게는 상부판에 형성되는 것이 유체의 유동적인 측면에서 유리하다.
본 발명에서 상기한 시료유입관(213)은 유입연결관(104)과 연결되어 있어 시료를 측정부로 유입시키는 작용을 한다.
본 발명에서 상기한 시료월류관(214)은 월류배출관(105)과 연결되어 있어 측정셀의 용량을 초과하거나 시료를 희석하는 경우에 월류되는 시료를 배출하게 된다.
본 발명에서 상기한 월류배출관(105)은 하기할 연결자(152)에 연결될 수 있어 배출구의 일원화를 취할 수 있다.
또한 상기한 상부판(210) 또는 하부판(220)은 시약주입관(211)이 형성되어 있으며, 완충용액주입관(212)이 형성될 수 있으며 바람직하게는 상부판에 형성되는 것이 유체 유동적인 측면에서 유리하다.
본 발명의 상기한 시약주입관(211)은 유입된 시료에 시약을 주입하는 기능을 수행하는 구조 또는 형상을 의미한다.
도 3a에서 보는 것처럼 상기한 시약주입관(211)은 측정부의 상부판에 구성되며 위에서 아래로 형성되어 있으며 측정셀안착부(230)로 연결되어 형성되어 있다.
마찬가지로 완충용액주입관(212)도 측정부의 상부판에 구성되며 위에서 아래로 형성되어 있으며 측정셀안착부(230)로 연결되어 형성되어 있다.
본 발명의 상기한 시약주입관 및 완충용액주입관은 상기한 측정부에 관처럼 형성되어 있거나, 도 3c 및 도 3d에서 보는 것처럼 별도로 시약주입관 및 완충용액주입관의 형상 또는 구조로 제조하여 상기한 측정부에 형성된 관에 결합하여 사용할 수도 있다.
본 발명은 상기한 시약주입관(211) 및 완충용액유주입관(212)의 하단부가 덕빌(duckbill)주입구로 형성된 것이 기술적 특징이다.
종래의 기술은 시약주입관 또는 완충용액유입관으로 시약(또는 완충용액)이 주입되는 경우, 상기한 유입압력부(110)의 압력에 의하여 시약주입관 또는 완충용액유입관으로 시료가 역류하는 문제점이 발생하게 된다.
이와 같은 시료가 시약주입관 및 완충용액유입관으로 역류하는 문제는 측정의 정확성을 떨어뜨리는 문제점 및 측정부의 고장을 유발하게 된다.
즉, 압력조절기(110)와 솔레노이드 밸브(120)을 통과한 시료의 수압에 의해 측정셀에 위치한 시약주입관(211)과 완충용액주입관(212)에 역류하거나 주입관 및 유입관의 시약을 유출시키는 경우가 발생한다.
저압에서는 발생빈도와 변동량이 작을 수 있고 수압이 큰 경우는 증가할 수 있다. 따라서 이러한 문제점은 시료를 변색시키거나 시약들의 정량 주입이 불가능하게 하여 측정의 정확성을 떨어뜨리는 문제점과 측정부의 고장을 유발하게 된다는 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 시약주입관에 덕빌주입구를 형성하여 해결하게 된다.
도 3c에서 보는 것처럼 시약주입관은 그 하단부에 덕빌주입구(211-1)이 형성되어 있다.
상기한 덕빌주입구(211-1)는 상면구(211-1a) 및 하면구(211-1b)로 구성되어 있다.
상기한 덕빌주입구는 고무, 실리콘, 폴리우레탄 등의 탄성이 있는 고분자 물질로 되어 있다.
이와 같이 덕빌주입구는 시약이 측정셀안착부의 측정셀로 유입시키는 경우에는 덕빌주입구가 벌어져서 시약을 주입하게 되고, 시약의 주입이 끝나면 덕빌주입구의 탄성력으로 원래 상태로 복원되어 덕빌주입구가 자동적으로 닫혀져서 막히는 기능이 수행되게 된다.
이와 같은 구성으로 종래에는 시약주입관으로 시약이 주입되는 경우, 앞서 설명한 바처럼 강한 유입압력부(110)의 펌프의 작용으로 시료를 주입하는 경우 시약주입관으로 시료가 역류되는 문제점 및 측정부의 고장 문제를 완전히 해결하게 된다.
마찬가지로 본 발명은 상기한 완충용액주입관(212)의 하단부가 덕빌(duckbill)주입구로 형성된 것이 기술적 특징이다.
도 3d에서 보는 것처럼 완충용액주입관은 그 하단부에 덕빌주입구(212-1)이 형성되어 있다.
상기한 덕빌주입구(212-1)는 상면구(211-1a) 및 하면구(211-1b)로 구성되어 있다.
상기한 덕빌주입구는 고무, 실리콘, 폴리우레탄 등의 탄성이 있는 고분자 물질로 되어 있다.
이와 같이 덕빌주입구는 완충용액이 덕빌주입구를 통과하여 완충용액을 측정셀안착부의 측정셀로 유입시키는 경우에는 덕빌주입구가 벌어져서 완충용액을 주입시키게 되고, 완충용액의 주입이 끝나면 덕빌주입구의 탄성력으로 원래 상태로 복원되어 덕빌주입구가 자동적으로 닫혀져서 막히는 기능이 수행되게 된다.
또한 본 발명은 측정부에는 시료배출관(221)이 형성되어 있어 측정이 끝난 시료를 외부로 배출하게 된다. 시료배출관은 상기한 측정부의 하부판(220)에 구성된 것이 바람직하다.
상기한 시료배출관(221)은 배출관(151)과 연결되어 있으며, 상기한 배출관(151)에는 솔레노이드 밸브(150)가 연결되어 구성되어 있어 시료가 배출되는 시기에 맞춰 솔레노이드 밸브를 열고, 시료가 배출되지 않은 경우에는 솔레노이드 밸브를 닫는다.
이러한 솔레노이드 밸브(150) 제어는 본 발명의 제어부에서 제어하게 된다.
또한 상기한 시료배출관(221)과 월류배출관(105)은 연결자(152)에 연결될 수 있어 배출구의 일원화를 취할 수 있다.
상기한 연결자는 배출구(153)와 연결되어 있어 시료가 배출되게 된다.
본 발명은 바람직하게는 상기한 상부판 및 하부판이 결합되어 측정부 몸체를 형성하는 조립형으로 구성된 것이 좋다.
따라서 상기한 상부판 및 하부판은 각각 체결부가 형성되어 있어 측정부에 측정셀안착부, 시료유입관, 시료월류관, 시약주입관, 완충용액주입관의 형성을 용이하게 하는 효과가 있다.
본 발명의 상기한 측정셀안착부(230)는 측정셀이 안착되는 공간을 제공하는 기능을 수행하는 구조 또는 형상을 의미한다.
측정셀안착부에 측정셀이 안치되어 시료를 측정하게 된다.
본 발명의 상기한 측정셀(240)은 석영, 유리, 고분자 화합물로 된 투명한 형상의 측정셀을 의미한다.
본 발명은 상기한 측정셀(240)을 측정부의 측정셀안착부(230)에 용이하게 거치시키고 탈착시키기 위하여 측정셀안착부에 입출문(231)이 구성될 수 있다.
상기한 입출문은 측정셀의 오염, 파손 등과 같이 교체가 필요할 경우에 매우 편리하게 교체해줄 수 있는 효과를 제공해준다.
본 발명의 측정센서(250)는 시료의 잔류염소 농도를 측정하는 기능을 하는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기 측정센서(250)는 특정 파장을 방출하는 광원부(251), 상기 광원부에서 나오는 파장이 측정셀의 시료를 통과하여 나온 파장의 강도를 측정하는 검출부(252) 및 이를 제어하는 센서제어부(253)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 측정센서의 광원부(251)는 시료의 잔류염소 농도에 대한 흡광도를 측정하기 위한 광원을 방출하는 장치 또는 수단을 의미한다.
본 발명은 상기 광원부는 통상 525nm를 주 방출파장으로 하여 사용할 수 있다.
상기한 측정센서는 측정셀에 시료를 유입시키고 시약을 투입하여 발색시킨 것을 상기한 광원부에서 발생시키는 파장을 흡수하는 정도를 검출부에서 검출하는 것으로 하여 시료의 잔류염소 농도를 측정하는 방법을 수행하는 흡광광도법을 이용하는 것이다.
상기한 흡광광도법은 시료액에 대응하는 대조액을 만들어 흡광도를 측정하고 이에 따라 검량선을 작성한 후 시료액의 흡광광도를 측정하여 상기 검량선과 비교하여 농도를 측정하게 된다.
본 발명의 검출부(252)는 상기 광원부에서 나오는 파장이 측정셀의 시료를 통과하여 나온 파장의 강도 또는 세기를 측정하는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 센서제어부는 통상의 MCU(miro cotroller unit), CPU(central processing unit), RAM 또는 ROM 등이 구비되어 소프트웨어를 구동할 수 있도록 해주는 정보처리장치가 구성되어 있으며, 하드웨어, 메모리 등이 구비되고, 흡광광도법에 의한 잔류염소 농도를 측정하기 위한 응용프로그램이 탑재되어 있는 장치 또는 수단을 의미한다.
본 발명의 센서제어부는 하기할 본 발명의 제어부(500)와 연동되어 작동될 수 있으며 제어부에 따라 제어될 수 있다.
따라서 광원부(251)는 상기 응용프로그램에 따라 일정한 광량을 방출하고 검출부(252)는 측정셀(240)을 통과한 광량을 검출하여 전기신호로 바꾸는 역할을 하며 제어부(253)에 의해 전기신호의 정도를 검량선에서의 전기신호와 대조 및 비교하여 농도를 측정하게 된다.
측정센서(250)는 시약과 반응하기 전 측정셀(240)에 있는 시료를 통과한 광량을 바탕 광량으로 하고 시약과 반응한 후 측정셀(240)에 있는 반응물을 통과한 광량을 샘플 광량으로 하여 흡광도를 계산하며 농도는 기 설정된 검량선에 따라 계산된다.
상기와 같은 측정센서에서의 농도 검출을 위한 일련의 과정은 시료의 흐름 제어, 시료와 시약의 혼합유도, 광량 측정의 조합으로 이루어지며 이는 시료의 점성 및 농도에 따라 다양하게 변화될 수 있음은 물론이다.
또한 본 발명은 고 농도의 잔류염소 측정도 용이하게 적용할 수 있는 기술적 특징이 있다.
본 발명의 고 농도의 잔류염소 측정은 앞서 설명한 구성의 작동으로 용이하게 수행할 수 있다.
즉, 본 발명은 고 농도의 잔류염소를 측정하는 경우 시료를 희석하여 측정하게 된다.
본 발명에서 시료의 희석방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.
다음에서 설명할 바와 같이 시약주입부는 발색시약주입부 및 완충용액주입부로 구성되어 있어 시약과 완충용액이 분출되어 시약주입관 및 완충용액주입관을 통하여 측정셀로 주입될 때 빠른 유속을 가지며, 측정셀에 있는 시료와 완전히 혼합된다.
엄밀히 말하자면 측정셀에 갇혀 있던 시료는 시약과 혼합되기 전에 주입된 시약부피만큼 측정부의 월류관을 통하여 측정부 외부로 배출된다.
희석비율은 하기할 시료주입부의 펌프의 정확성을 고려하여 선정할 수 있으며 그 희석비율에 따른 검량선을 따로 작성하여 농도를 측정하는 것이 바람직하다.
희석방법은 상기한 완충용액을 이용하여 희석하거나 완충용액과 시약 모두를 사용하여 희석할 수 있다.
희석되는 농도의 측정은 시료주입부 펌프의 구동횟수에 따라 결정되는데 측정셀의 부피를 Vr , 시료주입부 펌프 1회 주입량을 Vp, 시료주입부 펌프 구동횟수를 n, 시료의 초기농도를 C0라 하면 시료주입부 펌프 구동횟수에 따른 희석농도(C1, C2, Cn)는 다음과 같이 연산되어 측정된다.
n=1,
Figure 112014018818038-pat00001
----(식 1)
n=2,
Figure 112014018818038-pat00002
------(식 2)
n=n,
Figure 112014018818038-pat00003
-------(식 3)
따라서 상기한 시료의 초기농도 C0는 시료주입부 펌프 구동횟수 n과 기설정된 측정셀의 부피 Vr , 시료주입부 펌프 1회 주입량 Vp에 의하여 상기한 (식 3), (식 2), (식 1)의 순서에 의한 연산식에 의하여 구할 수 있게 된다.
이와 같은 연산식은 상기한 응용프로그램에서 구현될 수 있다.
본 발명의 시약주입부(400)는 시약부(300)의 시약을 측정부(200)로 유입시키는 장치 또는 수단을 의미한다.
따라서 시약주입부는 사용자가 원하는 량을 주입할 수 있는 주입펌프 등으로 구성할 수 있다.
이에 더하여 본 발명의 기술적 특징은 상기한 측정부로 시약을 유입시키는 시약주입부(400)에 기술적 특징이 있다.
종래의 시약주입부에 사용하는 주입펌프는 정확한 시약의 량을 주입시키기 위하여 펌프 등을 사용하고 있다.
도 4a에서 보는 바와 같이 대표적인 종래의 시약주입부(400)는 주입부본체(401), 주입작동부(402)를 포함하여 이루어져 있다.
상기 주입부본체(401)는 시약연결관(311 또는 321)에 연결되어 있어서 시약을 제공받으며, 시약주입관(411 또는 421)에 연결되어 있어서 시약을 측정부에 주입하게 된다.
도 2에서 보는 바와 같이 여기서 시약연결관(311)은 하기할 발색시약을 제공받는 발색시약부(310)와 연결된 관을 의미한다.
또한 시약연결관(321)은 하기할 완충용액부(320)와 연결된 관을 의미한다.
또한 상기한 시약주입관(411)은 발색시약을 측정부에 주입하는 관을 의미한다.
또한 시약주입관(421)은 완충용액을 측정부에 주입하는 관을 의미한다.
또한 주입부본체와 시약연결관 사이에 체크밸브(311-1)가 구성되어 있고, 주입부 본체와 시약주입관 사이에도 체크밸브(411-1)가 구성되어 있을 수가 있다.
상기한 체크밸브는 주입작동부가 회전하여 측정부에 시료를 주입할 때 열어주고 주입이 끝나면 닫아주는 기능을 수행하게 된다.
또한 주입작동부(402)는 회전운동을 하여 시약을 시약주입관으로 밀어 주는 기능과 작용을 하게 된다.
상기한 주입작동부(402)에는 정량부(403)가 구성되어 있다.
상기한 정량부(403)는 홈으로 구성되어 있어서 이 홈에 시약의 일정량(예를 들어 0.001~0.1ml 단위)을 포섭하는 용기와 같은 기능을 수행한다.
따라서 사용자의 필요에 따라 1ml의 시료의 유입이 필요하면 상기한 정량부(0.1ml 단위) 10개를 회전하도록 작동하여 시약주입관으로 밀어주면 된다.
그런데 이러한 종래의 시약주입부는 그 정량을 주입하는데 정확성이 떨어질 뿐만 아니라 시약주입관의 변형 또는 파손으로 시약 외부 유출의 문제점이 발생한다.
또한 종래의 피스톤식의 펌프 타입 시약주입부의 경우에도 외부에서 관을 누르는 형태로 시약주입을 하는 구성을 취한다.
따라서, 상기와 같은 구성에서는 분석기 시스템에 음압이 걸리면 사이펀 효과로 시약의 전부가 흘러나가는 단점이 있다.
본 발명의 하기와 같은 시약주입부는 시약을 펌프 안으로 끌여 들인 후에 덕빌주입부로 밀어주는 형태이다. 따라서 피스톤이 dosing을 1회 한 후 펌프 유입 및 유출부 홀(hole)을 피스톤이 막는 형태가 된다.
이와 같은 본 발명의 시약주입부의 구성은 음압이 걸리면 피스톤이 유출부 홀(hole)을 음압 걸린 만큼 더 강하게 막게 된다. 따라서 시약 용기 및 시약주입관의 시약이 딸려나가지 않게 되는 작용을 하게 된다.
본 발명의 이와 같은 피스톤식 시약주입부는 시약들의 정량 주입과 원활한 교반, 음압 시 시스템 안정, 마지막으로 주입관 교체 불편함을 제거하는 효과가 나타난다.
이와 같이 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 피스톤식 시약주입부(400)를 구성한 점이 기술적 특징이다.
도 4b에서 보는 것처럼 피스톤식 시약주입부는 주입부본체(401), 피스톤식 주입작동부(404)를 포함하여 이루어져 있다.
상기한 주입부본체(401)는 시약연결관(311, 321)에 연결되어 있어서 시약을 제공받으며, 시약주입관(411,421)에 연결되어 있어서 시약을 측정부에 주입하게 된다. 또한 주입부본체는 실린더형으로 되어 있는 것이 바람직하다.
상기한 피스톤식 주입작동부(404)는 상기한 주입부본체에 삽입되어 좌우 왕복운동하여 시약을 시약주입관으로 주입하는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 피스톤식 주입작동부는 그 왕복 행정에 따라 주입량을 조절할 수 있으며, 예컨대 주사기처럼 상기한 주입부본체의 길이에 따라 주입량이 조절할 수 있으며 그에 따라 보다 정밀한 주입량을 조절할 수 있게 된다.
또한 피스톤식 주입작동부는 상기한 주입부본체의 용량을 예컨대 0.001~0.1ml단위에서 0.01ml로 세팅한 경우 피스톤을 3회 왕복하는 경우 0.03ml를 주입하게 된다.
또한 주입부본체의 용량을 0.1ml로 세팅한 경우 피스톤을 3회 왕복하는 경우 0.3ml를 주입하게 된다.
상기한 주입부본체와 시약연결관 사이에 체크밸브(311-1)가 구성되어 있고, 주입부 본체와 시약주입관 사이에도 체크밸브(411-1)가 구성되어 있다.
상기한 주입부본체와 시약연결관 사이의 체크밸브(311-1)는 피스톤식 주입작동부가 시약을 주입부본체로 유입하는 경우에는 열리고 시약을 시약주입관으로 보내는 경우에는 닫힌다.
또한 상기한 주입부 본체와 시약주입관 사이의 체크밸브(411-1)는 시약을 주입부본체로 유입하는 경우에는 닫히고 시약을 시약주입관으로 보내는 경우에는 열리는 기능을 수행한다.
이와 같은 기능으로 시약의 정량을 주입하는데 정확성이 매우 높으며, 시약이 한번 주입되면 자칫 사이펀(siphon) 효과에 의하여 시약이 전부 시약주입관으로 유출되어 시약을 버리게 되는 문제점은 전혀 발생하지 않는 효과가 나타난다.
본 발명의 상기한 시약주입부(400)는 발색시약주입부(410), 완충용액주입부(420)를 포함하여 구성되어 있다.
상기한 발색시약주입부(410)는 잔류염소와 반응하여 발색을 하는 시약을 주입하는 장치 또는 수단을 의미한다.
상기한 완용용액주입부(420)는 상기한 시약이 잔류염소와 반응하는 것을 방해하는 방해인자를 제거하는 완충용액을 주입하는 장치 또는 수단을 의미한다.
따라서 발색시약주입부(410), 완충용액주입부(420)는 앞에서 설명한 시약주입부(400)의 구조로 이루어져 있다.
본 발명은 상기한 시약부(300)는 발색시약부(310), 완충용액부(320)를 포함하여 구성되어 있다.
본 발명은 상기한 발색시약부(310)에 포함되어 있는 발색시약은 통상적으로 잔류염소와 반응하여 색을 나타내는 시약을 사용할 수 있다.
본 발명은 상기한 발색시약이 피-톨루엔설포닉 애씨드(P-toluensulfonic Acid), 이디티에이(EDTA, ethylenediaminetetraacetic acid), 디피디(DPD,n,n디에틸1,4페닐렌디아민)로 조성되어 구성되어 있는 점에 기술적 특징이 있다.
바람직하게는 피-톨루엔설포닉 애씨드(P-toluensulfonic Acid) 100중량부에, 이디티에이(EDTA, ethylenediaminetetraacetic acid) 0.1~20중량부, 디피디(DPD,n,n디에틸1,4페닐렌디아민) 20~70중량부로 혼합되어 조성되어 구성되어 있다.
본 발명의 상기와 같은 구조로 되어 있는 발색시약은 발색의 효과가 현저하며 그에 따라 측정 정확도가 높은 효과가 나타난다.
또한 본 발명은 상기한 완충용액부(320)에 포함되어 있는 완충용액은 통상적으로 잔류염소를 측정할 때 방해인자를 제거하는 시약을 사용할 수 있다.
본 발명의 완충용액은 이디티에이(EDTA, ethylenediaminetetraacetic acid), 트리소디움 싸이트레이트(TriSodium Citrate), 포타씨움 이오다이드(Potassium Iodide)로 조성되어 구성되어 있는 점에 기술적 특징이 있다.
바람직하게는 완충용액은 이디티에이(EDTA, ethylenediaminetetra acetic acid) 100중량부에, 트리소디움 싸이트레이트(TriSodium Citrate)100~1000중량부, 포타씨움 이오다이드(Potassium Iodide) 40~ 500중량부 혼합되어 조성되어 구성되어 있다.
본 발명의 이와 같은 완충용액의 특성에 의하여 잔류 염소 농도측정의 방해인자를 제거하는 능력이 현저히 높아 측정의 정확도가 매우 높아진다.
본 발명의 기술적 특징은 상기한 시약부(300)가 수축형 용기로 이루어진 수축형 용기 시약부로 구성된 점이다.
종래의 잔류염소를 측정하는 장치에서의 시약부의 용기가 금속, 병 또는 플라스틱 등으로 구성되어 있어 시약을 상기한 시약주입부의 펌프로 주입하는 경우 주입되는 시약만큼 부피가 줄게 되는바, 그에 따라 용기의 압력이 낮아져서 원활한 시약의 주입이 어렵거나 혹은 적정량의 시약을 주입하기 어려운 문제점이 많이 발생하였다.
따라서 종래의 시약부는 시약공급에 따른 용기내의 진공상태를 막기 위하여 시약보관용기에 공기공급 채널을 이루어 외부공기와 계속 접촉시켜 주었으며 이와 같은 결과는 공기 중에 있는 산소와 시약의 접촉으로 시약의 변질을 초래한다
따라서 본 발명의 시약부는 수축형 용기 시약부로 구성되어 있어 이와 같은 문제점을 해결한다.
도 5a에서 보는 바와 같이 수축형 용기 시약부(310)는 내화학성을 가지고 있으며 시약을 담는 수축형 용기(315), 시약을 용기에 넣은 후 닫을 수 있도록 하는 마개(316), 용기에서 시약을 뽑을 수 있도록 하는 시약배출관(317), 마개(316)에 고정되어 시약배출관(317)과 연결을 하게 해주는 연결자(318)로 구성된다.
상기한 수축형 용기(315)는 탄력성이 있으며 수축이 가능한 고무, 비닐 등의 고분자 화합물질의 재질로 이루어진 용기로 되어 있다.
따라서 본 발명의 수축형 용기는 고무, 비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴레 우레탄 등의 그 어떤 재질을 사용하여도 가능하며, 시약이 용기에서 배출되어 나가면 적어도 그 부피만큼 수축이 가능하도록 하는 재질은 모두 사용 가능하다.
도 5a는 발색시약을 제공하는 수축형 용기 발색시약부(310)를 의미한다.
본 발명의 완충용액부(320)도 마찬가지로 상기한 발색시약부와 동일한 구조로 이루어져 있다.
도 5b에서 보는 것처럼 완충용액부도 내화학성을 가지고 있으며 시약을 담는 수축형 용기(325), 시약을 용기에 넣은 후 닫을 수 있도록 하는 마개(326), 용기에서 시약을 뽑을 수 있도록 하는 시약배출관(327), 마개(326)에 고정되어 시약배출관(327)과 연결을 하게 해주는 연결자(328)로 구성된다
이와 같이 수축형 용기는 시약이 용기에서 배출되어 나가면 그 부피만큼 수축이 되므로 용기 내의 압력이 낮아질 필요가 없으며 그에 따라 정확하게 시약을 제공하는 효과가 창출된다.
본 발명의 제어부(500)는 상기한 시료유입부(100), 측정부(200), 시약부(300), 시약주입부(400) 등을 제어하는 통상의 제어수단이나 장치가 포함되어 구성되어 있다.
본 발명의 제어부(500)는 통상의 MCU(miro cotroller unit), CPU(central processing unit), RAM 또는 ROM 등이 구비되어 상기한 소프트웨어를 구동할 수 있도록 해주는 정보처리장치가 구성되어 있으며, 하드웨어, 메모리 등이 구비되어 있으며 각각의 구성을 제어하기 위한 응용프로그램이 탑재되어 있는 장치 또는 수단을 의미한다.
따라서 본 발명의 제어부는 상기한 각각의 구성을 작동하기 위한 전원 제어, 시료유입량, 시약주입량, 각각의 솔레노이드 밸브의 개폐 시간 등을 제어하게 된다.
또한 본 발명의 잔류염소 측정장치는 통신수단(510)이 구비되어 있어 외부의 서버 또는 단말기와 정보의 송수신이 가능하도록 구성될 수 있다.
상기한 통신수단은 유선 또는 무선의 통신수단을 채용할 수 있다.
따라서 케이블 연결수단을 이용한 유선 통신을 이용할 수 있으며, Bluetooth 모듈 또는 Zigbee 모듈 뿐만 아니라 4G, LTE, UWB, WiFi, WCDMA, USN, IrDA 모듈 등을 포함하는 무선의 통신 수단을 이용할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도 6에서 보는 바와 같이 본 발명의 잔류염소 측정장치(1000), 단말부(2000)를 포함하여 구성된 다목적 온라인 잔류염소 측정시스템을 제공하게 된다.
또한 본 발명의 잔류염소 측정장치(1000), 관리서버부(3000), 단말부(2000)를 포함하여 구성된 다목적 온라인 잔류염소 측정시스템을 제공하게 된다.
상기한 단말부(2000)는 컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 일반 휴대폰, PDA, 별도의 통신기능을 가지는 계측기 또는 제어 기기 등의 통신기를 포함하는 개념이다.
특히 본 발명은 상기한 단말부 중 아이폰, 핸드폰, 스마트폰, PDA 등과 같이 항상 사용자가 휴대할 수 있는 형태의 상시 휴대용 통신기를 사용하는 것이 매우 바람직하다.
본 발명의 단말부는 바람직하게는 중앙처리장치가 구비되어 있고 컴퓨터 프로그램, 애플리케이션 프로그램 등과 같은 소프트웨어를 구동할 수 있는 OS(operationg system) 기반이 되어있는 것이 좋다.
따라서 본 발명에서 단말부는 잔류염소 측정장치에서 제공하는 잔류염소 측정데이터를 해석, 분석, 가공할 수 있는 응용프로그램이 탑재되어 있어 잔류염소 측정데이터를 해석, 분석, 가공하는 기능을 수행하게 된다.
또한 본 발명의 단말부는 상기한 잔류염소 측정데이터 또는 잔류 염소 측정데이터를 해석, 분석, 가공한 데이터를 디스플레이하는 기능을 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 단말부는 상기한 잔류염소 측정장치의 제어부 또는 센서제어부와 연결 또는 연동되어 있어서, 이 단말부에서 잔류염소 측정장치를 운전, 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 상기한 관리서버부(3000)는 잔류염소 측정장치와 상기한 유 무선 통신수단으로 연결되어 있으며, 잔류염소 측정장치에서 제공하는 잔류염소 측정데이터를 해석, 분석, 가공할 수 있는 응용프로그램이 탑재되어 있어 잔류염소 측정데이터를 해석, 분석, 가공하는 기능을 수행하게 된다.
또한 관리서버부는 상기한 잔류염소 측정장치가 하나 또는 둘 이상의 다수로 연결되어 있어 각각의 잔류염소 측정장치에 대한 잔류염소 측정데이터를 해석, 분석, 가공하는 기능을 수행할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 관리서버부는 상기한 단말부(2000)와 유무선 통신수단으로 연결될 수 있다.
또한 단말부에서는 관리서버부의 응용프로그램의 설치, 업그레이드, 및 제어를 할 수 있다.
또한 단말부에서 관리서버부를 통하여 잔류염소 측정장치를 제어할 수 있는 기능도 수행하게 된다.
또한 단말부에서는 하나 또는 다수의 잔류염소 측정장치에서 제공하는 잔류염소 측정 데이터를 관리서버부를 통하여 디스플레이할 수 있는 기능을 수행하게 된다.
본 발명은 상기한 구조로 이루어진 다기능의 잔류염소 측정장치 및 다목적 온라인 잔류염소 측정시스템을 제공한다.
본 발명은 환경측정기기, 장비, 장치 등을 생산, 제조, 판매, 유통하는 산업에 매우 유용한 발명이다.
본 발명은 특히 환경측정을 위한 시약, 약품 등을 생산, 제조, 판매, 유통하는 산업에 매우 유용한 발명이다.
또한 본 발명은 수질측정 등을 수행하는 기업체, 학교, 연구기관 등에 매우 유용한 발명이다.
시료유입부(100),
유입압력부(110),
도입관(101), 연결관(102), 유입연결관(104)
밸브부(120), 유입연결관(104)
공기체크밸브(130), 연결자(140)
측정부(200), 상부판(210),
시약주입관(211),
덕빌주입구(211-1), 상면구(211-1a), 하면구(211-1b)
완충용액주입관(212)
덕빌주입구(212-1), 상면구(211-1a), 하면구(211-1b)
시료유입관(213), 시료월류관(214)
하부판(220), 측정셀안착부(230), 측정셀(240),
측정센서(250)
광원부(251), 검출부(252), 센서제어부(253)
시약부(300),
발색시약부(310),
수축형 용기(315), 마개(316), 시약배출관(317), 연결자(318)
완충용액부(320),
수축형 용기(325), 마개(326), 시약배출관(327), 연결자(328)
시약주입부(400),
주입부본체(401), 주입작동부(402)
피스톤식 주입작동부(404)
발색시약주입부(410), 완충용액주입부(420)
제어부(500), 통신수단(510)
케이스부(600),
잔류염소 측정장치(1000), 관리서버부(3000), 단말부(2000)

Claims (5)

  1. 시료유입부(100), 측정부(200), 시약부(300), 시약주입부(400), 제어부(500), 케이스부(600)를 포함하고,
    상기 측정부(200)는 상부판(210), 하부판(220), 측정셀안착부(230), 측정셀(240), 측정센서(250)를 포함하여 구성되되,
    상기한 상부판(210) 또는 하부판(220)은 시료가 유입되는 시료유입관(213), 시료가 과도로 유입되는 경우 월류할 수 있는 시료월류관(214)이 형성되어 있고,
    상기한 상부판(210) 또는 하부판(220)은 유입된 시료에 시약을 주입하는 시약주입관(211) 및 완충용액주입관(212)이 형성되어 있되,
    상기한 시약주입관(211) 또는 완충용액주입관(212)의 하단부가 덕빌(duckbill)주입구로 형성되고,
    상기한 시약주입부(400)는 피스톤식 시약주입부(400)로 구성되되,
    피스톤식 시약주입부(400)는 주입부본체(401), 피스톤식 주입작동부(404)를 포함하여 구성되고,
    주입부본체(401)는 시약연결관(311, 321)에 연결되어 있어서 시약을 제공받으며, 시약주입관(411,421)에 연결되어 있어서 시약을 측정부에 주입하고,
    주입부본체(401)와 시약연결관(311,321) 사이에 체크밸브(311-1)가 구성되어 있어 시약을 주입부본체로 유입하는 경우에는 열리고 시약을 시약주입관으로 보내는 경우에는 닫히고,
    주입부본체(401)와 시약주입관(411,421) 사이에도 체크밸브(411-1)가 구성되어 있어 시약을 주입부본체로 유입하는 경우에는 닫히고 시약을 시약주입관으로 보내는 경우에는 열리는 기능을 수행하며,
    상기한 시약부(300)가 수축형 용기로 이루어진 수축형 용기 시약부(310)를 포함하여 구성되되,
    수축형 용기 시약부(310)는 내화학성을 가지고 있으며 시약을 담는 수축형 용기(315), 시약을 용기에 넣은 후 닫을 수 있도록 하는 마개(316), 용기에서 시약을 뽑을 수 있도록 하는 시약배출관(317), 마개(316)에 고정되어 시약배출관(317)과 연결을 하게 해주는 연결자(318)로 구성된 것을 특징으로 하는 잔류염소 측정장치(1000).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    시료도입부(100)는 유입압력부(110), 밸브부(120), 유입연결관(104)을 포함하여 구성된 것에 특징이 있는 잔류염소 측정장치(1000).
  4. 제1항에 있어서,
    시약부(300)는 발색시약부(310), 완충용액부(320)를 포함하여 구성되고,
    시약주입부(400)는 발색시약주입부(410), 완충용액주입부(420)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 잔류염소 측정장치(1000).
  5. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항의 잔류염소 측정장치(1000) 및,
    관리서버부(3000) 또는 단말부(2000)를 하나 이상 포함하여 구성된 다목적 온라인 잔류염소 측정시스템.
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