KR101796447B1 - 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템 - Google Patents

자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기준전극과, 작동전극 및 상대전극이 일체화된 회전전극체를 이용한 3-전극계를 구성하여 잔류염소에 대한 측정의 재현성 및 정확도를 유지시킬 수 있고, 특히 회전전극체를 회전시켜서 작동전극 및 상대전극이 비드와 접촉 마찰하며 세정되도록 함으로써, 전극의 오염을 방지하여 기존에 전극 오염 및 그에 따른 측정 오차를 최소화할 수 있도록 한 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템을 제공하고자 한 것이다.

Description

자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템{Electrochemical residual chlorine measuring system having automatic cleaning means}
본 발명은 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세정 가능한 회전전극체를 이용하여 측정의 재현성 및 정확도를 유지시키는 동시에 전극 오염에 따른 측정 오차를 최소화하며, 실시간으로 자동 연속 측정이 가능한 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템에 관한 것이다.
염소 소독이란, 정수 처리시, 오염물질을 산화시키고, 병원균 및 병원성 미생물을 살균하는 소독법으로서, 지속효과가 크고, 비용이 저렴하며, 극내외에서 가장 널리 사용되는 소독 방법중 하나이다.
상기 염소 소독은 정수 공정 외에 하수 처리 시설이나 식품 가공 설비, 수영장 소독제, 가정용 소독 표백제 등에 광범위하게 사용되고 있다.
이러한 염소 소독 처리 후, 물에 잔존하는 유효 염소를 잔류염소라 하며, 음용수의 안전 확보, 급배수 단계에서의 오염으로부터 건강 보호 등을 위하여 수조전이나 음용직전의 잔류 염소 농도를 0.2mg/L로 규제하고 있다.
상기 잔류 염소란, 차(하이포)아염산 등(HOCl, OCl-, Cl2 등)의 유리형 유효염소(유리잔류염소)와 클로라민(Chloramine)과 같은 결합성 유효염소(결합잔류염소)를 말하며, 염소를 투입하여 30분 후에 잔류하는 염소의 양을 mg/L으로 나타낸 것을 말한다.
상기 잔류 염소 온도가 높으면 발암물질로 알려진 클로로포름과 같은 Trihalomethane(THM) 등 소독 부산물이 생성될 수 있고, 필요 이상의 과다한 농도는 수도물 사용자들에게 거부감을 일으키는 등의 이유로 정수 처리공정에서의 염소 농도 제어 및 측정은 대단히 중요한 공정으로 여겨지고 있다.
이에, 정수 처리시 잔류염소 농도의 실시간 모니터링이 가능한 전기화학적 잔류염소 측정시스템이 요구되고 있다.
종래의 잔류염소 측정 장치는 첨부한 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같다.
종래의 잔류염소 측정 장치는 도 8에서 보듯이 작동전극(1)과 기준전극(2)을 포함하는 2-전극계를 사용함에 따라, 작동전극의 전위를 정확하게 조절할 수 없는 단점이 있다.
또한, 종래의 잔류염소 측정 장치는 도 9에서 보듯이, 애노드(anode) 및 캐소드(cathode) 즉, 작동전극(1)과 기준전극(2)이 전해질에 담겨지도록 전극체(3) 내에 내설되고, 전극체의 하단 입구가 기체 투과막(4)에 의하여 밀봉되는 구조로 되어 있는데, 오염된 기체투과막(4)을 정기적으로 교체해야 하는 번거로움이 있다.
특히, 상기 작동전극(1) 및 기준전극(2)의 표면은 항상 깨끗한 상태로 유지되어야만 전류 인가 흐름의 원활성 및 잔류염소 등의 측정 재현성을 유지시킬 수 있지만, 시간이 지남에 따라 작동전극(1) 및 기준전극(2)의 표면 오염(물에 존재하는 각종 오염물질이 입혀진 상태)이 발생하게 되고, 그에 따라 상기 기체투과막(4)을 분리한 후 전극체(3)의 내부에 있는 작동전극(1)과 기준전극(2)를 꺼내어 그 표면(물에 존재하는 각종 오염물질이 입혀진 상태)을 수동으로 세척(polishing)해 주어야 하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 등록번호 제10-1410231호(2014.06.16)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기준전극과, 작동전극 및 상대전극이 일체화된 회전전극체를 이용한 3-전극계를 구성하여 잔류염소에 대한 측정의 재현성 및 정확도를 유지시킬 수 있고, 특히 회전전극체를 회전시켜서 작동전극 및 상대전극이 비드와 접촉 마찰하며 세정되도록 함으로써, 전극의 오염을 방지하여 기존에 전극 오염 및 그에 따른 측정 오차를 최소화할 수 있도록 한 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 내부에 잔류염소를 측정하기 위한 물의 연속적인 흐름을 허용하는 측정공간이 형성되고, 상부에는 측정공간과의 밀폐를 위한 상부플레이트가 형성된 연속 흐름식 측정셀; 상기 연속 흐름식 측정셀의 상부플레이트에 관통 장착되어, 측정공간의 일측쪽에 내재되는 온도센서 및 기준전극; 작동전극 및 상대전극이 일체화된 구조로 구비되어, 상기 연속 흐름식 측정셀의 상부플레이트에 회전 가능하게 관통 장착되되, 작동전극 및 상대전극이 일체화된 부분이 측정공간내의 중앙부에 내재되는 회전전극체; 상기 상부 플레이트에 장착되어, 회전전극체에 회전 동력을 전달하는 동력제공장치; 상기 측정공간내의 중앙부에 내설되어, 동력제공장치에 의하여 회전하는 회전전극체의 작동전극 및 상대전극을 연마 세정하는 세정수단; 및 상기 상부 플레이트에 장착되어, 작동전극과 상대전극 사이에 오존 농도에 비례하는 전류가 흐르는 것을 감지하는 정전위 전류계(Potentiostat); 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 회전전극체는: 하단부에 작동전극 및 상대전극이 부착된 전극 지지체; 상부 플레이트의 위쪽으로 돌출된 전극 지지체의 상단부에 베어링부를 매개로 연결되는 커넥터; 로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동력제공장치는: 상부 플레이트 상에 장착되는 모터; 모터의 축에 장착된 제1풀리; 상부 플레이트의 위쪽으로 돌출된 전극 지지체의 상단 둘레면에 형성된 제2풀리; 및 상기 제1풀리와 제2풀리 간에 연결된 동력전달벨트; 로 구성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 세정수단은: 작동전극과 상대전극이 부착된 전극 지지체를 둘러싸면서 연속 흐름식 측정셀의 측정공간에 장착되는 메쉬 구조물; 메쉬 구조물의 내부에 충진되어, 회전전극체의 회전시 작동전극과 상대전극의 표면과 접촉하면서 연마 세정하는 세라믹 비드; 로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 기준전극을 기준으로 작동전극과 상대전극에 100mV의 인가전위를 인가하면, 잔류염소가 작동전극에서 환원되는 동시에 상대전극에서 산화반응이 일어나고, 이 산화-환원 반응에 의하여 환원전류가 발생하여 작동전극과 상대전극 사이에 잔류염소 농도에 비례하는 전류가 흐르는 것을 정전위 전류계에서 측정한 후, 이 측정된 전류를 컨트롤러에서 잔류염소 농도로 환산하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 기준전극과, 작동전극 및 상대전극이 일체화된 회전전극체를 이용한 3-전극계를 구성하여, 잔류염소에 대한 측정의 재현성 및 정확도를 유지시킬 수 있다.
둘째, 회전전극체를 회전시켜서 작동전극 및 상대전극이 세라믹 비드와 접촉 마찰하며 세정되도록 함으로써, 각 전극의 오염을 방지하여 전극 교체 주기를 크게 늘리는 동시에 전체 잔류염소 측정 장비의 수명을 연장시킬 수 있고, 기존에 전극 오염 및 그에 따른 측정 오차를 최소화할 수 있다.
셋째, 수처리를 위한 현재 잔류염소를 정확하게 측정함으로써, 염소의 자동 주입 조절을 위한 염소 주입량을 정확하게 결정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템을 연속 흐름식 측정셀에 장착하기 전 상태를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템을 연속 흐름식 측정셀에 장착한 상태를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템의 작동 상태를 도시한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템의 3-전극계 구성을 보여주는 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템의 3-전극계 작동 원리를 나타낸 개략도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템에 의한 잔류염소 시험예 결과를 나타낸 그래프,
도 8 및 도 9는 종래의 잔류염소 측정 장치를 도시한 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 전기화학식 잔류염소 측정시스템을 연속 흐름식 측정셀에 장착하기 전 상태를 나타내고, 도 2는 본 발명에 따른 전기화학식 잔류염소 측정시스템을 연속 흐름식 측정셀에 장착한 상태를 나타낸다.
도 2에서, 도면부호 10은 연속 흐름식 측정셀을 지시한다.
상기 연속 흐름식 측정셀(10)은 잔류염소를 측정하기 위한 물의 연속적인 흐름을 허용하는 측정공간(12)이 형성된 구조로 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 연속 흐름식 측정셀(10)은 잔류염소 측정을 위한 대상 처리수(예, 수도물이나 하수처리수로서, 오존소독공정이 진행되는 물)가 연속적으로 유입 및 배출되는 경로이면서 물에 잔존하는 잔류염소를 실시간으로 측정하기 위한 공간으로서, 내부에 측정공간(12)이 형성된 구조로 구비된다.
이때, 상기 연속 흐름식 측정셀(10)의 측정공간(12) 상부에는 측정공간(12)과의 밀폐를 위한 상부플레이트(14)가 장착된다.
상기 연속 흐름식 측정셀(10)의 상부플레이트(14)에 온도센서(16) 및 기준전극(18)이 관통 장착되어, 측정공간(12)의 일측쪽에 온도센서(16) 및 기준전극(18)이 내재되는 상태가 되고, 이 온도센서(16) 및 기준전극(18)의 상단부 커넥터는 상부플레이트(14) 상으로 돌출되어 정전위 전류계(50)에 전기적으로 연결된다.
바람직하게는, 상기 온도센서(16)는 잔류염소를 측정하기 위한 주변조건(온도)을 고려하고자 채택된 것으로서, 온도센서에서 감지된 물 온도는 정전위 전류계(50, potentiostat)에서 온도 함수로서 이용된다.
여기서, 회전전극체(20)가 작동전극(22) 및 상대전극(24)이 서로 이격되며 일체화된 구조로 구비되는 바, 작동전극(22)은 백금(Pt) 또는 금(Au)을 사용하고, 상대전극(24)은 백금(Pt)과 같은 귀금속을 사용하며, 상기 기준전극은 포화칼로멜 전극(saturated calomel electrode; SCE) 혹은 은/염화은(Ag/AgCl)을 사용한다.
보다 상세하게는, 상기 회전전극체(20)는 하단부에 작동전극(22) 및 상대전극(24)이 상하로 이격 부착된 원통형의 전극 지지체(26)와, 상단부에 베어링부(27)를 매개로 연결되는 커넥터(28)로 구성된다.
이때, 상기 회전전극체(20)의 전극 지지체(26)는 원통형 단면으로 형성되고, 전극 지지체(26)의 하단부에 작동전극(22) 및 상대전극(24)을 부착하기 위한 장착홈(23)이 형성된다.
이에, 상기 작동전극(22) 및 상대전극(24)을 각 해당 금속잉곳으로부터 일정 두께로 절단하되, 상기 전극 지지체(26)에 형성된 장착홈(23)의 깊이보다 더 큰 두께로 절단한 후, 전극 지지체(26)의 원통형 곡면에 맞게 절곡한 다음, 장착홈(23)내에 부착하게 된다.
물론, 상기 작동전극(22) 및 상대전극(24)은 전극 지지체(26)의 내부 도전체(미도시됨)를 통하여 커넥터(28)까지 도전 가능하게 연결된다.
이와 같이 구비된 회전전극체(20)는 연속 흐름식 측정셀(10)의 상부플레이트(14)에 회전 가능하게 관통 장착되어, 그 하단부의 작동전극(22) 및 상대전극(24)이 일체화된 부분이 측정공간(12)내의 중앙부에 내재되는 상태가 된다.
따라서, 상기 연속 흐름식 측정셀(10) 내에 기준전극(18), 작동전극(22) 및 상대전극(24) 등이 내재되어, 첨부한 도 4에서 보듯이 잔류염소 측정을 위한 3-전극계 센서로 구성되고, 각 전극은 정전위 전류계(50, potentiostat)에 전기적으로 연결되며, 정전위 전류계(50)는 기록계에 연결된다.
상기 정전위 전류계(50)는 상부플레이트(14) 상에 장착되어, 작동전극(22)에 기준전극(18)의 전위를 기준으로 조절된 전류를 인가하고, 작동전극(22)과 상대전극(24) 사이에 오존 농도에 비례하는 전류가 흐르는 것을 감지하여 실질적인 잔류염소 농도를 측정하는 역할을 한다.
이때, 상기 잔류염소를 측정하려면, 두 개의 전극 즉, 작동전극(22, working electrode)과 상대전극(24, counter electrode) 간의 전위차를 측정해야 하고, 인가전압(V)이 기전력(E)과 같게 하기 위하여 전류 i=0의 평형 조건이 성립되어야 하며, 이를 위해 전위가 안정된 전극을 선택하여 사용해야 한다.
이를 위해, 본 발명은 작동전극(22, working electrode)과 상대전극(24, counter electrode) 외에 기준전극(18, reference electrode)을 포함한 3-전극계를 기반으로 잔류염소를 측정하고자 한 것이다.
이에, 상기 작동전극(22)과 상대전극(24) 사이의 저항전위강하(iR drop)을 최소화할 수 있고, 전류는 작동전극과 상대전극 사이에 흐르되, 정전위 전류계(50)에서 작동전극(22)의 전위를 항상 일정한 전위를 유지하는 기준전극(18)을 기준으로 조절할 수 있으므로, 결국 기준전극과, 작동전극 및 상대전극이 일체화된 회전전극체를 이용한 3-전극계을 통하여, 잔류염소에 대한 측정의 재현성 및 정확도를 유지시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 구현예로서, 상기 작동전극(22) 및 상대전극(24)을 포함하는 회전전극체(20)를 회전시켜서 작동전극(22) 및 상대전극(24)의 표면이 세라믹 비드와 접촉 마찰하며 세정되도록 함으로써, 각 전극(22,24)의 표면 오염을 방지할 수 있다.
이를 위해, 상기 상부플레이트(14) 상에 회전전극체(20)에 회전 동력을 전달하는 동력제공장치(30)가 장착되고, 이 동력제공장치(30)에 의하여 회전하는 회전전극체(20)의 작동전극(22) 및 상대전극(24) 표면을 연마 세정하는 세정수단(40)이 상기 연속 흐름식 측정셀(10)의 측정공간(12)내의 중앙부에 내설된다.
바람직하게는, 상기 동력제공장치(30)는 상부플레이트(14) 상에 장착되는 모터(32)와, 모터(32)의 축에 장착된 제1풀리(34)와, 상부플레이트(14)의 위쪽으로 돌출된 전극 지지체(26)의 상단 둘레면에 형성된 제2풀리(25)와, 상기 제1풀리(34)와 제2풀리(25) 간에 연결된 동력전달벨트(36)로 구성될 수 있으며, 그 밖에 회전전극체(20)를 회전시키기 위한 여러가지 동력전달장치가 사용될 수 있다.
특히, 상기 세정수단(40)은 전극 지지체(26)의 하단부에 부착된 작동전극(22)과 상대전극(24)의 표면을 항상 깨끗한 상태로 세정하기 위한 장치로서, 작동전극(22)과 상대전극(24)이 부착된 전극 지지체(26)를 둘러싸면서 연속 흐름식 측정셀(10)의 측정공간(12) 내에 장착되는 메쉬 구조물(42)과, 메쉬 구조물(42)의 내부에 충진되어 회전전극체(20)의 회전시 작동전극(22)과 상대전극(24)의 표면과 접촉하면서 연마 세정하는 세라믹 비드(44)로 구성된다.
따라서, 상기 작동전극(22)과 상대전극(24)의 표면이 물에 존재하는 각종 오염물질이 입혀져 오염되더라도, 첨부한 도 3에서 보듯이 세라믹 비드(44)에 의하여 상기 작동전극(22)과 상대전극(24)의 표면이 깨끗하게 세정될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 모터(32)의 구동 단계와, 모터의 회전력이 제1풀리(34)와 제2풀리(25) 간에 연결된 동력전달벨트(36)를 통해 회전전극체(20)에 전달되는 단계와, 회전전극체(20)에 전달된 회전력에 의하여 전극지지체(26)가 회전하는 단계와, 회전 중인 전극 지지체(26)의 작동전극(22)과 상대전극(24)의 표면에 세라믹 비드(44)가 접촉하는 단계와, 세라믹 비드(44)에 의하여 작동전극(22)과 상대전극(24)의 표면에 묻은 이물질이 탈락되는 동시에 작동전극(22)과 상대전극(24)의 표면이 깨끗하게 연마되는 단계가 진행됨으로써, 작동전극(22)과 상대전극(24)의 표면이 항상 깨끗한 상태로 유지될 수 있다.
이와 같이, 상기 회전전극체(20)를 회전시켜서 작동전극(22) 및 상대전극(24)이 세라믹 비드(44)와 접촉 마찰하며 세정되도록 함으로써, 각 전극의 오염을 방지하여 전극 교체 주기를 크게 늘리는 동시에 전체 잔류염소 측정 장비의 수명을 연장시킬 수 있고, 기존에 전극 오염 및 그에 따른 측정 오차를 최소화할 수 있다.
한편, 상기 연속 흐름식 측정셀(10) 내에 기준전극(18), 작동전극(22) 및 상대전극(24) 등이 내재되어, 잔류염소 측정을 위한 3-전극계 센서로 구성되고, 각 전극이 정전위 전류계(50, potentiostat)에 전기적으로 연결된 상태에서, 상기 기준전극(18)을 기준으로 작동전극(22)과 상대전극(24)에 100mV의 인가전위를 인가하면, 도 5에서 보듯이 잔류염소가 작동전극(22)에서 환원되며 상대전극(24)에서 산화반응이 일어난다.
연이어, 위와 같은 산화-환원 반응에 의하여 환원전류가 발생하여 작동전극(22)과 상대전극(24) 사이에 잔류염소 농도에 비례하는 전류가 흐르게 되고, 이때의 전류를 정전위 전류계(50)에서 감지하여 측정하게 되고, 이렇게 정전위 전류계(50)에서 측정된 전류 신호는 기록계 즉, 컨트롤러(미도시됨)로 전송된다.
최종적으로, 상기 컨트롤러에서 정전위 전류계(50)로부터 수신한 전류 신호를 기반으로 잔류염소 농도를 연산하여 mg/L 단위로 표시 내지 지시하게 됨으로써, 측정 작업자가 잔류염소 농도를 알 수 있게 된다.
이와 같이, 수처리를 위한 현재 잔류염소를 3-전류계를 이용하여 정확하게 측정함으로써, 잔류염소의 자동 주입 조절을 위한 염소 주입량을 정확하게 결정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기화학식 잔류염소 측정시스템을 이용한 시험예로서, 시료의 pH 영향 시험(시험예1)과 잔류염소 농도 측정 시험(시험예2)을 실시하였다.
시험예1 : 시료의 pH 영향 시험
염소는 시료의 pH 변화에 따라 세가지 화합물 형태로 평형을 이루게 되는데, pH 6~9 구간에서 하이포아염소산(HOCl)과 하이포아염소산 이온(OCl-) 존재 비율 변동이 심하지만, 본 발명에 따른 전기화학식 잔류염소 측정시스템은 최적의 인가전위를 통하여 하이포아염소산과 하이포아염소산 이온을 동시에 측정할 수 있고, 도 6의 그래프에서 보듯이 시료의 pH 6~8 영역에서 감응성의 변화가 거의 없으므로 pH 보정없이 측정 가능함을 알 수 있다.
시험예2 : 잔류염소 농도 측정 시험
본 발명에 따른 전기화학식 잔류염소 측정시스템을 이용하여 경기도 성남시 삼평동 일대 지역에서의 수도꼭지 말단 수돗물에 대한 잔류 염소 농도를 측정하는 시험을 하였으며, 비교예로서 기존에 사용되는 표준 측정법인 HACH DR4000 Spectrophotometer를 이용한 DPD(Diethyl-p-Phenylenediamine)법으로 잔류 염소 농도를 측정하였는 바, 그 결과는 첨부한 도 7의 그래프에 나타낸 바와 같다.
도 7에서 보듯이, 본 발명에 따른 전기화학식 잔류염소 측정시스템을 이용한 잔류염소 측정값과 기존의 표준측정 방법(비교예)에 따른 잔류염소 측정값이 서로 일치하는 것을 알 수 있고, 결국 본 발명에 따른 전기화학식 잔류염소 측정시스템에 의한 잔류 염소 측정이 정확하게 재현될 수 있음을 알 수 있었다.
한편, 기준전극(18), 작동전극(22), 상대전극(24)의 표면에는, 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물이 도포된 오염방지도포층이 형성될 수 있다. 상기 오염 방지 도포용 조성물은 과산화수소 및 메타규산나트륨이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 과산화수소 및 메타규산나트륨의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~ 10 중량%이다. 이에 더하여, 상기 오염방지도포층의 도포성을 향상시키는 물질로 메타규산나트륨 또는 탄산칼슘이 이용될 수 있으나 바람직하게는 메타규산나트륨이 이용될 수 있다. 상기 과산화수소 및 메타규산나트륨은 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 기재의 도포성이 저하되거나 도포후 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.
상기 과산화수소 및 메타규산나트륨은 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 기재의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.
상기 오염 방지 도포용 조성물을 기재 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 기준전극(18), 작동전극(22), 상대전극(24) 상의 최종 도포막 두께는 500~2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 ~ 2000 Å이다. 상기 도포막의 두께가 500 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
또한, 오염 방지 도포용 조성물은 과산화수소 0.1 몰 및 메타규산나트륨 0.05 몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.
또한, 제1풀리(34) 및 제2풀리(25)에는 표면의 부식현상을 방지시키기 위해 금속재의 표면 도포재료로 표면보호도포층이 형성될 수 있다. 이 표면보호도포층은 지르코늄 분말 2.5중량%, 알루미나 분말 60중량%, NH4Cl 30중량%, 아연 2.5중량%, 마그네슘 2.5중량%, 티타늄 2.5중량%로 구성된다.
상기 지르코늄 분말은, 내식성, 내열성이 뛰어나다. 이러한 지르코늄 분말은 2.5중량% 혼합된다. 지르코늄 분말의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 내식성, 내열성이 크게 개선되지 않는다. 반면에, 지르코늄 분말의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비는 크게 증가된다. 따라서 티타늄은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 알루미나 분말은 고온으로 가열될 때 소결, 엉킴, 융착 방지 등의 목적으로 첨가된다. 이러한 알루미나 분말이 60중량% 미만으로 첨가되면, 소결, 엉킴, 융착 방지의 효과가 떨어지며, 알루미나 분말이 60중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서, 알루미나 분말은 60중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 NH4Cl은 증기 상태의 아연, 마그네슘과 반응하여 확산 및 침투를 활성화시키는 역할을 한다. 이러한 NH4Cl은 30중량% 첨가된다. NH4Cl이 30중량% 미만으로 첨가되면, 증기 상태의 아연, 마그네슘과 반응이 제대로 이루어지지 않으며 이에 따라 확산 및 침투를 활성화시키지 못한다. 반면에, NH4Cl이 30중량% 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서 NH4Cl은 30중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 아연은 물에 닿는 금속의 부식을 방지하는 것과 전기 방식용으로 사용되도록 배합된다. 이러한 아연은 2.5중량%가 혼합된다. 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 물에 닿는 금속의 부식을 제대로 방지시키지 못하게 된다. 반면에 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 아연은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 마그네슘의 순수한 금속은 구조강도가 낮으므로 상기 아연 등과 함께 조합하여 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성을 높이는 용도로 배합된다. 이러한 마그네슘은 2.5중량% 혼합된다. 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 아연 등과 함께 조합될 시 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 마그네슘는 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 티타늄은 가볍고 단단하고 내부식성이 있는 전이 금속 원소로 은백색의 금속광택이 있는바, 뛰어난 내식성과 비중이 낮아 강철 대비 무게는 60% 밖에 되지 않으므로 금속모재에 도포되는 도포재의 중량은 줄이되 광택을 높이고 뛰어난 방수성 및 내식성을 갖도록 배합된다.
이러한 티타늄은 2.5중량% 혼합된다. 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 금속모재에 도포되는 도포재의 중량이 그다지 경감되지 않고, 광택성, 방수성, 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에, 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비는 크게 증가된다. 따라서 티타늄은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제1풀리(34) 및 제2풀리(25)의 표면 도포방법은 다음과 같다.
표면보호도포층이 형성되어야 할 모재와 상기 구성으로 배합된 도포재료를 폐쇄로 내에 함께 투입시키고 폐쇄로 내부에는 제1풀리(34) 및 제2풀리(25)의 산화를 방지하기 위하여 2 L/min의 비율로 아르곤 가스를 주입시킨다, 아르곤 가스가 주입된 상태에서 700℃ 내지 800℃의 온도로 4 ~ 5 시간 동안 유지한다.
상기 단계를 수행하여 증기 상태의 지르코늄 분말, 알루미나 분말, 아연, 마그네슘 및 티타늄이 폐쇄로 내부에 형성되고, 지르코늄 분말, 알루미나 분말, 아연, 마그네슘 및 티타늄 배합물은 제1풀리(34) 및 제2풀리(25)의 표면에 침투하여 표면보호도포층이 형성된다.
표면보호도포층이 형성된 후 폐쇄로 내부의 온도를 도포 물질/기재 복합물이 800℃~900℃로 하여 30 ~ 40시간을 유지하면 제1풀리(34) 및 제2풀리(25)의 표면에는 부식 방지용 표면보호도포층이 형성되어 제1풀리(34) 및 제2풀리(25)의 표면과 외기를 격리시키게 된다. 이때 상기 공정을 수행함에 있어 급격한 온도 변화는 제1풀리(34) 및 제2풀리(25) 표면의 표면보호도포층이 박리될 수 있으므로 60℃/hr의 비율로 온도 변화를 시킨다.
본 발명의 표면보호도포층은 다음과 같은 장점이 있다.
본 발명의 표면보호도포층은 매우 넓은 범위의 용도를 가지므로 커튼 도포, 스프레이 페인팅, 딥 도포, 플루딩(flooding) 등과 같은 여러 가지 방법에 의해 도포될 수 있다.
본 발명의 표면보호도포층은 부식 및/또는 스케일에 대한 원칙적인 보호 기능에 추가하여 도포가 매우 얇은 층두께로 도포될 수 있어 전기전도성을 개선하는 것은 물론 물질 및 비용 절감이 가능하다. 열간 성형 과정 이후에도 높은 전기전도성이 바람직하다면 얇은 전기전도성 프라이머가 도포층의 상부에 도포될 수 있다.
성형 과정 또는 열간 성형 과정 이후, 도포 물질은 기재의 표면상에 유지될 수 있으며, 예를 들어, 긁힘 내성을 증가시키며, 부식 보호를 개선하고, 미적 외관을 충족시키며, 변색을 방지하고, 전기전도성을 변화시키며 종래 다운스트림 공정(예, 침린 및 전기이동 딥 도포)용 프라이머로 제공될 수 있다.
이러한 본 발명의 제1풀리(34) 및 제2풀리(25)에 지르코늄 분말, 알루미나 분말, NH4Cl, 아연, 마그네슘, 티타늄으로 이루어진 표면보호도포층이 도포되므로 먼지, 오염물질 등으로부터 제1풀리(34) 및 제2풀리(25) 표면의 부식현상을 방지시킬 수 있다.
그리고, 모터(32)의 케이스 외부면에는 온도에 따라 색이 변화하는 변색부가 도포될 수 있다. 이 변색부는, 소정의 온도 이상이 되었을 때 색이 변하는 두 가지 이상의 온도변색물질이 모터(32)의 케이스 표면에 도포되어 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리됨으로써 단계적인 온도 변화를 판단할 수 있고, 변색부 위에는 변색부가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막층이 도포된다.
여기서, 변색부는, 각각 40℃ 이상 및 60℃ 이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 도포하여 형성될 수 있다. 변색부는 모터(32)의 케이스 온도에 따라 색이 변화하여 도료의 온도 변화를 감지하기 위한 것이다.
이러한 변색부는 소정의 온도 이상이 되었을 때 색깔이 변하는 온도변색물질이 모터(32)의 케이스 표면에 도포됨으로써 형성될 수 있다. 또한, 온도변색물질은 일반적으로 1~10㎛의 마이크로캡슐 구조로 구성되어 있고, 마이크로캡슐 내에 전자 공여체와 전자 수용체의 온도에 따른 결합 및 분리현상으로 인해 유색 및 투명색을 나타내도록 할 수 있다.
또한, 온도변색물질은 색의 변화가 빠르고, 40℃, 60℃, 70℃, 80℃, 등의 다양한 변색온도를 가질 수 있으며, 이러한 변색온도는 여러 방법으로 쉽게 조정될 수 있다. 이러한 온도변색물질은 유기화합물의 분자 재배열, 원자단의 공간 재배치 등의 원리에 의한 다양한 종류의 온도변색물질이 이용될 수 있다.
이를 위해, 변색부는 서로 다른 변색 온도를 가지는 두 가지 이상의 온도변색물질을 도포하여 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 온도변색층은 상대적으로 저온의 변색온도를 갖는 온도변색물질과 상대적으로 고온의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40℃이상 및 60℃이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하여 변색부를 형성할 수 있다.
이를 통해, 모터(32)의 온도 변화를 단계적으로 확인할 수 있어 도료의 온도변화를 감지할 수 있으며, 이에 따라 모터(32)를 최적의 상태에서 운용할 수 있으며, 과열에 의한 모터(32)의 손상을 미연에 방지시킬 수 있다.
또한, 보호막층은 변색부 위에 도포되어서 외부의 충격으로 인해 변색부가 손상되는 것을 방지하며, 변색부의 변색 여부를 쉽게 확인함과 동시에 온도변색물질이 열에 약한 것을 고려하여 단열 효과를 가지는 투명 도포재를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 동력전달벨트(36)는 고무 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 동력전달벨트(36)의 원료 함량비는 상기 고무 60중량부, 카아본블랙 33~36중량부, 산화방지제 2~5중량부, 촉진제인 유황 1~3중량부를 혼합한다.
카아본블랙은 내마모성을 증대시키는 것이므로 이를 첨가하되, 함유량이 33중량부 미만이면, 탄성과 내마모성이 줄어들며, 36중량부가 초과 되면 주 성분인 고무의 함량이 상대적으로 적게 되어 탄성력이 떨어질 우려가 있으므로, 33~36중량부를 혼합한다.
산화방지제는 3C (N-PHENYL-N'-ISOPROPYL- P-PHENYLENEDIAMINE) 또는 RD(POLYMERIZED 2,2,4-TRIMETHYL-1,2- DIHYDROQUINOLINE)을 선택하여 2~5중량부를 첨가하는 것으로, 2중량부 미만이면, 제품이 산화가 되기 쉽고, 너무 많이 첨가하여 5중량부를 초과하면, 주 성분인 고무의 함량이 상대적으로 적게 되어 탄성력이 떨어질 우려가 있으므로, 또한 산화방지제의 가격이 비싸기 때문에 2~5중량부가 적정하다.
촉진제인 유황은 1~3중량부를 혼합한다. 1 중량부 미만은 성형시 가열공정에서 가황작용 효과가 미미하므로, 1 중량부 이상을 첨가한다. 3중량부를 초과하면, 주 성분인 고무의 함량이 상대적으로 적게 되어 탄성력이 떨어질 우려가 있으므로, 1 ~ 3중량부가 적정하다.
따라서 본 발명은 여러 방향에 탄성을 갖는 합성고무로 보강되므로 동력전달벨트(36)의 탄성, 인성 및 강성이 증대되므로 내구성이 향상되며, 이에 따라 동력전달벨트(36)의 수명이 증대된다.
10 : 연속 흐름식 측정셀
12 : 측정공간
14 : 상부플레이트
16 : 온도센서
18 : 기준전극
20 : 회전전극체
22 : 작동전극
23 : 장착홈
24 : 상대전극
25 : 제2풀리
26 : 전극 지지체
27 : 베어링부
28 : 커넥터
30 : 동력제공장치
32 : 모터
34 : 제1풀리
36 : 동력전달벨트
40 : 세정수단
42 : 메쉬 구조물
44 : 세라믹 비드
50 : 정전위 전류계

Claims (4)

  1. 내부에 잔류염소를 측정하기 위한 물의 연속적인 흐름을 허용하는 측정공간(12)이 형성되고, 상부에는 측정공간과의 밀폐를 위한 상부플레이트(14)가 형성된 연속 흐름식 측정셀(10);
    상기 연속 흐름식 측정셀(10)의 상부플레이트(14)에 관통 장착되어, 측정공간의 일측쪽에 내재되는 온도센서(16) 및 기준전극(18);
    작동전극(22) 및 상대전극(24)이 서로 이격되며 일체화된 구조로 구비되어, 상기 연속 흐름식 측정셀(10)의 상부플레이트(14)에 회전 가능하게 관통 장착되되, 작동전극(22) 및 상대전극(24)이 일체화된 부분이 측정공간(12)내의 중앙부에 내재되는 회전전극체(20);
    상기 상부플레이트(14) 상에 장착되어, 회전전극체(20)에 회전 동력을 전달하는 동력제공장치(30);
    상기 측정공간(12)내의 중앙부에 내설되어, 동력제공장치(30)에 의하여 회전하는 회전전극체(20)의 작동전극(22) 및 상대전극(24)을 연마 세정하는 세정수단(40); 및
    상기 상부플레이트(14) 상에 장착되어, 작동전극(22)과 상대전극(24) 사이에 오존 농도에 비례하는 전류가 흐르는 것을 감지하는 정전위 전류계(50)를 포함하고;
    상기 회전전극체(20)는:
    하단부에 작동전극(22) 및 상대전극(24)이 부착된 전극 지지체(26); 상부플레이트(14)의 위쪽으로 돌출된 전극 지지체(26)의 상단부에 베어링부(27)를 매개로 연결되는 커넥터(28)로 구성되며;
    상기 동력제공장치(30)는:
    상부플레이트(14) 상에 장착되는 모터(32); 모터(32)의 축에 장착된 제1풀리(34); 상부플레이트(14)의 위쪽으로 돌출된 전극 지지체(26)의 상단 둘레면에 형성된 제2풀리(25); 및 상기 제1풀리(34)와 제2풀리(25) 간에 연결된 동력전달벨트(36)로 구성되고;
    상기 세정수단(40)은:
    작동전극(22)과 상대전극(24)이 부착된 전극 지지체(26)를 둘러싸면서 연속 흐름식 측정셀(10)의 측정공간(12) 내에 장착되는 메쉬 구조물(42); 메쉬 구조물(42)의 내부에 충진되어, 회전전극체(20)의 회전시 작동전극(22)과 상대전극(24)의 표면과 접촉하면서 연마 세정하는 세라믹 비드(44)로 구성되며;
    상기 기준전극(18)을 기준으로 작동전극(22)과 상대전극(24)에 100mV의 인가전위를 인가하면, 잔류염소가 작동전극(22)에서 환원되는 동시에 상대전극(24)에서 산화반응이 일어나고, 이 산화-환원 반응에 의하여 환원전류가 발생하여 작동전극(22)과 상대전극(24) 사이에 잔류염소 농도에 비례하는 전류가 흐르는 것을 정전위 전류계(50)에서 측정한 후, 이 측정된 전류를 컨트롤러에서 잔류염소 농도로 환산하고;
    기준전극(18), 작동전극(22), 상대전극(24)의 표면에는, 오염 방지 도포용 조성물이 도포된 오염방지도포층이 형성되되, 상기 오염 방지 도포용 조성물은 과산화수소 및 메타규산나트륨이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 상기 오염 방지 도포용 조성물의 도포막 두께는 500~2000Å이며;
    제1풀리(34) 및 제2풀리(25)에는 금속재의 표면 도포재료로 표면보호도포층이 형성되되, 상기 표면보호도포층은 지르코늄 분말 2.5중량%, 알루미나 분말 60중량%, NH4Cl 30중량%, 아연 2.5중량%, 마그네슘 2.5중량%, 티타늄 2.5중량%로 구성되고;
    모터(32)의 케이스 외부면에는 온도에 따라 색이 변화하는 변색부가 도포되되, 상기 변색부는, 일정한 온도 이상이 되었을 때 색이 변하는 두 가지 이상의 온도변색물질이 모터(32)의 케이스 표면에 도포되어 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리됨으로써 단계적인 온도 변화를 판단할 수 있고, 상기 변색부 위에는 상기 변색부가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막층이 도포되며;
    동력전달벨트(36)는 고무 재질로 이루어지고, 동력전달벨트(36)의 원료 함량비는 상기 고무 60중량부, 카아본블랙 33~36중량부, 산화방지제 2~5중량부, 촉진제인 유황 1~3중량부를 혼합하여서 이루어진 것을 특징으로 하는 자동세정기능이 구비된 전기화학식 잔류염소 측정시스템.
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