KR101674373B1 - 부식 모니터링용 센서 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서 케이스, 및 이 센서 케이스 내 일측에 설치되어 구조물이 가진 도막의 열화상태와 희생양극의 소모율을 동시에 측정할 수 있는 탐촉자 유닛을 포함하는 부식 모니터링용 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

부식 모니터링용 센서 및 이의 제조방법{SENSOR FOR MONITORING CORROSION AND METHOD FOR MANUFACTURINF SAME}

본 발명은 부식 모니터링용 센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예컨대 해양구조물의 해수면 아래의 수중부에서 일어나는 도막의 열화상태와 희생양극의 소모율을 측정할 수 있는 부식 모니터링용 센서와 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 해상풍력장치와 같은 해양구조물의 경우에는 표면도막과 전기방식에 의해 방식이 이루어진다. 이러한 해양구조물의 경우, 육상구조물 또는 해안구조물에 비해 원해 및 심해에 설치되어 운영되기 때문에, 선박, 인력, 특수장비, 작업기간의 제한 등으로 인해 유지관리의 비용이 많이 소요되고 있다.

보다 구체적으로, 예를 들어 해상풍력단지에서는 그 규모가 매우 크고 넓어 선박 등을 이용한 육안검사로는 매우 한계가 있으며, 이러한 육안검사의 한계성은 해수면 아래, 즉 수중부에서 매우 두드러지게 나타난다.

해수면 아래의 수중부는 이러한 육안검사가 원활하지 않아 잠수부 또는 특수장비를 이용하여 부식상태를 진단하여야 하는 어려움이 있고, 이로 인해 비용의 상승은 필수적이라 할 수 있다.

이러한 비용을 절감하기 위해서 수중부에 대한 부식 모니터링 시스템이 요구되고, 부식의 확산을 방지하기 위해 모니터링과 더불어 진단 프로그램이 필요한 실정에 있다.

종래의 부식 모니터링 기술을 살펴보면, 먼저 부식전위를 모니터링 하는 기술(예컨대 EP 1693664, WO 2006/135391, US 6902661 등의 특허문헌 참조)이 있다. 이는 주로 강재에 대해 적용되는 기술로, 부식전위를 측정하여 강재의 표면상태를 분석하는 기술이 주를 이룬다. 이를 해수면 아래의 수중부에 있는 도막에 대해 적용하는 것은 각 도막의 종류에 따라 전위 특성이 달라지기 때문에 실질적으로 적용하기가 어렵다.

다음으로는 부식속도를 모니터링 하는 기술(예컨대 US 6419817, KR 2014-0028958 등의 특허문헌 참조)이 있다. 이는 주로 ER(Electrical Resistance) 또는 LPR(Linear Polarization Resistance) 센서를 사용하는데, 전극에 일정한 전압 또는 전류를 가한 후 이에 따른 전류의 변화를 측정하여 부식속도를 측정하게 된다. 이 측정법은 도막의 열화상태를 분석하기보다는 대부분 강재의 부식상태를 측정하는 데에 사용되고 있다.

또한, 부식 모니터링 기술로서, 전기화학 임피던스 측정법(예컨대 WO 2009/049125, US 2005-0212534, US 6911828, KR 2010-0105651 등의 특허문헌 참조)이 있다. 이 측정법은 전압 입력 장치, 주파수 변환기, 주파수 분석기 등과 같은 장치들을 요구함으로써 전체적으로 구성이 복잡하고, 입력되는 AC 전압에 의해 도막의 열화를 가속시킬 수 있는 단점이 있다.

마지막으로, 전기화학 노이즈 측정법(WO 2002/073169, US 6294074, US 5888374, US 6478948 등의 특허문헌 참조)이 있다. 이 측정법의 가장 큰 특징은 외부 입력장치 없이 전압과 전류 신호만을 처리하여 부식상태를 분석하는 것이다.

하지만, 종래의 부식 모니터링 기술을 살펴보면, 이들 기술은 대부분 도막이 아닌 강재에 대한 부식상태 또는 부식속도를 측정하는 방법에 관한 것이다.

일부 전기화학 임피던스 측정법에서는 도막의 열화상태와 국부 부식에 대한 모니터링 기술을 제안하고 있으나, 전술한 바와 같이 전기화학 임피던스 측정법은 전압의 외부 입력 및 주파수 분석을 위한 장치들이 필요하여 전력 소모 및 측정장치의 복잡성이 문제가 되고 있다. 또, 외부에서 입력되는 AC 전압에 의해 도막의 열화를 상대적으로 가속시키는 문제를 가지고 있다.

그리고 전기화학 노이즈 측정법은 대부분 국부적인 부식과, 보일러 또는 원자력 관련 장치에 국한된 센서 및 신호 처리 방법을 다루고 있으며, 해수면 아래의 수중부에는 적용된 바가 없다.

이에 본 발명에서는 예컨대 해양구조물의 해수면 아래의 수중부에서 일어나는 도막의 열화상태와 희생양극의 소모율을 측정할 수 있는 부식 모니터링용 센서와 이의 제조방법을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 한 양상에 따른 부식 모니터링용 센서는 센서 케이스, 상기 센서 케이스 내 일측에 설치되어 구조물이 가진 도막의 열화상태와 희생양극의 소모율을 동시에 측정할 수 있는 탐촉자 유닛, 및 상기 센서 케이스의 내부에 설치된 신호 처리부를 포함하고, 상기 탐촉자 유닛은, 상기 구조물에 사용되는 도막을 도포하여 도막부를 형성한 적어도 하나의 도막 탐촉자, 상기 구조물의 희생양극과 동일한 재료로 형성된 적어도 하나의 희생양극 탐촉자, 및 기준이 되는 전위를 제공하기 위한 기준전극을 일체로 몰딩하여 형성되며, 상기 탐촉자 유닛은 상기 신호 처리부에 전기적으로 연결되고, 상기 신호 처리부는, 상기 도막 탐촉자, 상기 희생양극 탐촉자, 또는 상기 기준전극의 전류 또는 전압을 측정하는 무저항 전류계, 상기 무저항 전류계를 통해 입력된 전류 또는 전압 신호를 증폭하는 신호 증폭부, 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 신호 변환기, 변환된 상기 디지털 신호를 필터링하는 신호 필터부, 및 필터링된 신호를 전달하는 데이터 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

이상과 같이 본 발명에 의하면, 간단한 구성의 부식 모니터링용 센서를 사용하여, 예컨대 해양구조물의 해수면 아래의 수중부에서 일어나는 도막의 열화상태와 희생양극의 소모율을 동시에 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 단순하고 저렴한 공정으로 부식 모니터링용 센서를 제조할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 도막 탐촉자를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 희생양극 탐촉자를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 제조방법에 사용되는 홀더를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 제조방법 중 몰딩하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 탐촉자 유닛을 도시한 정면도이다.
도 6은 도 5의 A-A'선 단면도이다.
도 7은 도 5의 B-B'선 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서를 도시한 정면도이다.
도 9는 도 8의 C-C'선 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 신호 처리부가 갖는 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 도막 탐촉자를 도시한 사시도이다. 이 도막 탐촉자(100)는 해양구조물을 구성하는 재료(예컨대, 강재 등)와 동일한 재료의 본체(120)를 통 또는 기둥 모양으로 가공하고, 그 일측면에 해양구조물에서 사용되는 도막을 도포하여 도막부(110)를 형성한다. 이렇게 구성된 도막 탐촉자(100)는 해양구조물이 갖는 도막의 열화상태를 보여줌과 동시에, 도막부(110)의 열화가 끝난 시점에서는 본체(120)의 부식속도를 측정하여 잔존 부식 허용 두께를 산출할 수 있는 역할을 하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 희생양극 탐촉자를 도시한 사시도이다. 해수면 아래에서는 통상 희생양극으로 알루미늄, 알루미늄-아연 합금, 마그네슘 등이 채용된다. 따라서, 해양구조물의 수중부에서 희생양극으로 사용되는 것과 동일한 재료를 통 또는 기둥 모양으로 가공하여 희생양극 탐촉자(200)를 제조한다.

별도로 도시되지는 않았지만, 전위를 측정하는 데에 기준이 되는 전위를 제공하기 위한 기준전극(300; 도 4, 도 5, 도 7 및 도 8 참조)이 마련될 수 있다. 이러한 기준전극(300)은 예를 들어 은(Ag)이나 백금(Pt) 등으로 만들어진다.

도 4는 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 제조방법 중 몰딩하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 몰드(410) 내에 각각 제조된 도막 탐촉자(100), 희생양극 탐촉자(200), 그리고 기준전극(300)을 고정시키고, 레진 혼합조(420)에서 준비된 몰딩용 레진(430)을 몰드(410) 내에 주입하여 탐촉자 유닛으로 성형한다. 이때, 신호 리드선(440)은 탐촉자 유닛의 외부로 돌출하도록 몰딩하여 전원 인가 내지 신호 전달이 원활히 이루어지게 한다.

레진으로는, 방수성 및 내화학성이 우수하고 해수의 침투에 대한 저항성이 높음과 더불어, 가장자리 부분의 틈새 부식 등을 최소화하기 위해 응고시 수축률이 매우 낮은 것을 선택한다. 예를 들자면, 아크릴 계열 또는 에폭시 계열의 레진이 채택될 수 있다.

레진이 경화되면, 몰드(410)에서 빼내어, 도막 탐촉자(100), 희생양극 탐촉자(200), 그리고 기준전극(300)이 일체로 된, 도 5에 도시된 것과 같은 탐촉자 유닛(500)을 얻게 된다.

한편, 몰딩하는 공정 중에 도막 탐촉자(100), 희생양극 탐촉자(200), 그리고 기준전극(300)을 고정시키기 위한 홀더를 사용할 수 있다. 도 3은 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 제조방법에 사용되는 홀더를 개략적으로 도시한 평면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 홀더(450)에는 도막 탐촉자(100)를 위한 도막 탐촉자용 구멍(451), 희생양극 탐촉자(200)를 위한 희생양극 탐촉자용 구멍(452), 및 기준전극(300)을 위한 기준전극용 구멍(453)이 형성되어 있다. 이들 구멍은 몰딩 시에 도막 탐촉자(100), 희생양극 탐촉자(200), 그리고 기준전극(300)을 일정한 간격으로 고정해주는 역할을 한다.

홀더(450)의 중간에 형성된 관통홀(454)은 몰딩시 레진으로부터 기포 등이 쉽게 빠져나올 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한, 홀더(450)에는 몰딩시 레진의 주입이 용이하게 이루어지도록 몰드(410)와의 사이에 틈새 또는 공간이 생성되도록 하는 크기나 형상을 가질 수 있다. 이 홀더(450)는 전기 전도성을 갖지 않는 재질로 만들어지며, 예를 들어 불소계 플라스틱 등과 같이 내화학성도 우수한 재질을 사용하는 것이 좋다.

도 5는 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 탐촉자 유닛을 도시한 정면도이고, 도 6은 도 5의 A-A'선 단면도이며, 도 7은 도 5의 B-B'선 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 구조물(미도시)에서 사용되는 도막을 도포하여 도막부(110)를 형성한 적어도 하나의 도막 탐촉자(100); 구조물의 희생양극과 동일한 재료로 형성된 적어도 하나의 희생양극 탐촉자(200); 및 기준이 되는 전위를 제공하기 위한 기준전극(300)을 일체로 몰딩한 탐촉자 유닛(500)을 포함하고 있다.

도막 탐촉자(100), 희생양극 탐촉자(200), 그리고 기준전극(300)에는 각각 신호 리드선(440)이 연결되어 있고, 전술한 바와 같이 신호 리드선(440)들은 탐촉자 유닛의 외부로 돌출하여 전원 인가 내지 신호 전달이 원활히 이루어지도록 한다.

또한, 각각의 도막 탐촉자(100), 희생양극 탐촉자(200), 그리고 기준전극(300)의 일측 표면이 탐촉자 유닛(500)으로부터 노출되도록 구성하여, 도막의 열화상태와 희생양극의 소모율을 계산함에 있어서 정확한 탐촉자의 표면적을 산출할 수 있게 되어 있다.

도 3 내지 도 9에는 한 쌍의 도막 탐촉자(100), 하나의 희생양극 탐촉자(200), 그리고 하나의 기준전극(300)을 포함한 탐촉자 유닛(500)의 예가 도시되어 있으나, 이들 탐촉자(100, 200)의 개수는 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 단일한 탐촉자 유닛(500) 내에서 더욱 증가될 수 있음은 물론이다.

도 8은 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서를 도시한 정면도이고, 도 9는 도 8의 C-C'선 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서(600)는 탐촉자유닛(500), 센서 케이스(610), 통신선(620), 신호 처리부(700)를 포함할 수 있다.

탐촉자 유닛(500), 신호 리드선(440 및 670), 신호 처리부(700) 등을 해수로부터 보호하기 위해 센서 케이스(610)가 마련된다. 이 센서 케이스(610)는 예컨대 FRP, 불소계 플라스틱 등의 재질을 사용하여 대략 통 또는 관 형상으로 만들어진 부재이다.

탐촉자 유닛(500)이 완성되어 준비되면 센서 케이스(610)의 일측 개구부에 탐촉자 유닛(500)을 결합하는데, 이때 탐촉자 유닛(500)과 센서 케이스(610) 사이에는 예컨대 O-링 같은 밀봉부재(640)를 사용하여 수밀하게 밀봉함으로써, 해수의 침투를 방지한다.

탐촉자 유닛(500)의 신호 리드선(440)은 케이블용 커넥터(660)에 연결되고, 케이블용 커넥터(660)에서 나온 신호 리드선(670)은 신호 처리부(700)에 연결될 수 있다. 하지만, 케이블용 커넥터는 생략되거나 다른 전기적 연결수단으로 대체될 수 있음을 밝혀둔다.

이에 따라, 탐촉자 유닛(500)은 신호 리드선 또는 케이블용 커넥터를 매개로 하여 신호 처리부(700)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 신호 처리부(700)에서 처리된 신호가 통신선(620)을 통해 해양구조물의 부식상태를 전달하게 되는 것이다.

도 10은 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 신호 처리부가 갖는 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이 신호 처리부(700)는 도막 탐촉자(100), 희생양극 탐촉자(200), 또는 기준전극(300)의 전류 또는 전압을 측정하는 무저항 전류계(710); 이 무저항 전류계(710)를 통해 입력된 전류 또는 전압 신호를 증폭하는 신호 증폭부(720); 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 신호 변환기(730); 변환된 디지털 신호를 필터링하는 신호 필터부(740); 및 필터링된 신호를 사용자에게 전달하는 데이터 통신부(750)를 포함할 수 있다.

이러한 신호 처리부(700)는 예컨대 PCB로 이루어질 수 있으며, 노이즈의 영향을 최소화하기 위해 부식 모니터링용 센서(600) 자체에 내장되는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 복수의 신호 처리부(700)가 구비될 수 있는데, 예를 들어 어느 하나의 신호 처리부(700)에 한 쌍의 도막 탐촉자(100)와 기준전극(300)이 연결되어 제1셀을 구성하고, 다른 하나의 신호 처리부(700)에 다른 한 쌍의 도막 탐촉자(100)와 희생양극 탐촉자(200) 및 기준전극(300)이 연결되어 제2셀을 구성할 수도 있다.

신호 처리부(700)는 센서 케이스(610) 내에 구비된 고정대(680)에 예컨대 고정나사 또는 접착제 등과 같은 고정수단을 매개로 장착되어, 해양 환경하에서의 안정성을 확보할 수 있도록 되어 있다.

한편으로, 신호 처리부(700)의 유지관리를 위해 센서 케이스(610)에는 덮개(630)가 마련될 수 있다. 이러한 덮개(630)는 센서 케이스(610)에 나선결합으로 결합될 수 있으며, 덮개(630)와 센서 케이스(610) 사이에도 예컨대 O-링 같은 밀봉부재(640)를 사용하여 해수의 침투를 방지하는 것이 좋다.

이하에서는 본 발명에 따른 부식 모니터링용 센서의 작동에 대해 간략하게 기술한다.

먼저, 해양 환경에 노출된 도막 탐촉자(100)와 희생양극 탐촉자(200)는 시간이 경과함에 따라 도막부(110)에서는 열화가 진행되고, 희생양극 탐촉자(200)는 점차적으로 소모된다. 이들 양쪽 탐촉자에서는 모두 전류와 전압의 변화가 발생하게 되는데, 시간에 대한 전류와 전압의 변화가 신호 리드선(440)과 케이블용 커넥터(660) 및 신호 리드선(670)을 거쳐 신호 처리부(700)에 입력된다.

입력된 전류와 전압 신호가 신호 처리부(700) 내에서 처리된 후 통신선(620)을 통해 사용자에게 도막의 열화 진행율과 희생양극의 소모율에 대한 정보를 제공할 수 있게 되는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 도막 탐촉자 200: 희생양극 탐촉자
300: 기준전극 450: 홀더
500: 탐촉자 유닛 600: 부식 모니터링용 센서
700: 신호 처리부

Claims (17)

1. 센서 케이스,
   상기 센서 케이스 내 일측에 설치되어 구조물이 가진 도막의 열화상태와 희생양극의 소모율을 동시에 측정할 수 있는 탐촉자 유닛, 및
   상기 센서 케이스의 내부에 설치된 신호 처리부
   를 포함하고,
   상기 탐촉자 유닛은,
   상기 구조물에 사용되는 도막을 도포하여 도막부를 형성한 적어도 하나의 도막 탐촉자,
   상기 구조물의 희생양극과 동일한 재료로 형성된 적어도 하나의 희생양극 탐촉자, 및
   기준이 되는 전위를 제공하기 위한 기준전극
   을 일체로 몰딩하여 형성되며,
   상기 탐촉자 유닛은 상기 신호 처리부에 전기적으로 연결되고,
   상기 신호 처리부는,
   상기 도막 탐촉자, 상기 희생양극 탐촉자, 또는 상기 기준전극의 전류 또는 전압을 측정하는 무저항 전류계,
   상기 무저항 전류계를 통해 입력된 전류 또는 전압 신호를 증폭하는 신호 증폭부,
   증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 신호 변환기,
   변환된 상기 디지털 신호를 필터링하는 신호 필터부, 및
   필터링된 신호를 전달하는 데이터 통신부
   를 포함하는 부식 모니터링용 센서.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 도막 탐촉자는 상기 구조물을 구성하는 재료와 동일한 재료로 만들어진 본체의 일측면에 상기 도막부가 형성되는 것을 특징으로 하는 부식 모니터링용 센서.
4. 제1항에 있어서,
   상기 도막 탐촉자, 상기 희생양극 탐촉자, 및 상기 기준전극에는 각각 신호 리드선이 연결되는 것을 특징으로 하는 부식 모니터링용 센서.
5. 제4항에 있어서,
   상기 신호 리드선은 상기 신호 처리부에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 부식 모니터링용 센서.
6. 제5항에 있어서,
   상기 신호 처리부의 유지관리를 위해 상기 센서 케이스에 덮개가 마련되는 것을 특징으로 하는 부식 모니터링용 센서.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 탐촉자 유닛과 상기 센서 케이스 사이에는 밀봉부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 부식 모니터링용 센서.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제

Images