KR101888398B1 - 수소 센서 및 수소 센싱 잡화물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 복수의 티타늄 계열 서포트 입자와, 복수의 티타늄 계열 서포트 입자 상에 각각 위치되는 복수의 백금족 계열 산화물을 포함하는 수소 센싱 피그먼트; 및 수소 센싱 피그먼트와 배합하는 알코올, 톨루엔과 실리콘을 포함하고, 알코올과 톨루엔은 부피비 1:9 ~ 2:8의 범위에서 혼합되어 알코올을 통해 톨루엔을 희석시키고, 수소 센싱 피그먼트, 희석된 톨루엔과 실리콘은 3g : 50~100g : 50~100g 의 범위에서 혼합되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 수소 반응 장치 또는 수소 제조 장치의 외벽, 그리고 수소 반응 장치 또는 수소 제조 장치 주변에 위치되는 송입관, 반응관 및 배출관 중 적어도 하나로부터 공기 중에 누출되는 수소 가스를 검출하는데 적합한 수소 센서 및 수소 센싱 잡화물에 관한 것이다.
최근에, 화석연료의 지속적인 사용으로, 화석연료 고갈에 따른 에너지 수급 문제가 전 세계적으로 대두되고 있다. 청정 에너지 자원 개발은 에너지 수급 문제를 해결할 수 있는 대안으로서 물로부터 쉽게 얻을 수 있는 수소(hydrogen)에 집중되고 있다.
수소 에너지는 지구 온난화를 해결할 수 있는 대안도 되므로 앞으로 발전 가능성을 크게 보여주고 있으며, 이로 인해, 수소 에너지 개발은 빠른 속도로 진행되고 있다. 그러나, 가스는 액체 및 고체에 비해 운동 에너지를 크게 가지므로 가스를 이용하는 반응 장치 또는 가스를 제조하는 제조장치로부터 가스 누출 위험성을 항시 내포한다.
특히, 상기 가스 중에 수소는 분자 운동 속도를 매우 크게 가져 쉽게 확산되므로 수소 가스의 반응 장치 또는 제조 장치의 노화시 수소 가스의 반응 장치 또는 제조 장치로부터 쉽게 누출된다.
또한, 상기 누출된 수소가 공기 중에서 약 4% 폭발 하한계를 가지므로, 상기 누출된 수소와 공기 중 산소의 혼합 가스는 산소수소 폭발성 기체 반응을 자주 일으켜 격하게 폭발하여 반응장치 또는 제조장치를 파괴시키거나 인재사고를 일으킨다.
따라서, 상기 수소가 청정 에너지로서 널리 이용되기 위해, 상기 수소는 반응 장치 또는 제조 장치로부터 공기 중에 미량으로 누출되는 때에도 쉽게 검출되어야 한다. 이 경우에, 상기 수소의 공기 중 누출은 종래 기술에서 수소 센서 또는 수소 검지 센서에 의해 검출되고 있다.
종래 기술의 수소 센서는 한국 공개특허공보 제10-2012-0088409호에 개시된다. 상기 수소 센서는 실리콘 기판을 소정 깊이만큼 식각하여 식각된 실리콘 기판으로부터 복수의 'rough Si' 나노선을 돌출시키고 복수의 'rough Si' 나노선에 팔라듐(Pd)을 증착시켜 형성된다.
여기서, 상기 수소 센서는 실리콘 기판을 이용하기 때문에 실리콘 기판의 물리적 특성, 예를 들면 기판의 딱딱함, 기판의 점유 면적, 또는 기판의 구조로 인하여 이용 자유도를 작게 가져 낮은 응용성을 갖는다.
또한, 상기 수소 센서는 복수의 'rough Si' 나노선에서 클러스터(=나노와이어 덩어리) 끼리의 접촉과 팔라듐의 팽창에 의해 수소를 검출하기 때문에 공기 중에서 수소 농도의 전 범위를 빠른 시간 내에 검출하는데 한계를 갖는다. 또한, 종래 기술의 수소 검지 센서는 한국 공개특허공보 제10-2006-0070749호에 개시된다.
상기 수소 검지 센서는 SOI 기판 상에 공기 중에 부분적으로 노출되는 팔라듐 패턴을 형성하고 팔라듐 패턴과 SOI 기판에 각각 전기선을 연결하여 형성된다. 여기서, 상기 수소 검지 센서는 SOI 기판 상에 형성된 MOS 구조에 외부로부터 전원을 인가하여 구동되기 때문에 전원 주변에서만 이용되어 이용 자유도를 작게 가져 낮은 응용성을 갖는다.
또한, 상기 수소 검지 센서는 반도체 공정을 이용하여 SOI 기판 상에 복잡하게 구현되기 때문에 제조 단가를 높게 가지고, 반도체 공정을 이용하여 최소 길이 단위로 제조되어도 SOI 기판의 점유 면적 때문에 점유 체적을 크게 가지며, SOI 기판을 이용하기 때문에 플렉서블하게 이용되는데 한계를 가지며, 전기를 이용해야 하기 때문에 전기 방전에 의한 수소폭발 가능성을 크게 갖는다.
본 발명은, 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기판과 전기를 이용하지 않으므로 이용 자유도를 크게 가지고, 기판의 구조물을 이용하지 않으므로 제조 단가를 낮게 가지고, 점유 체적을 작게 가지며, 플렉서블하게 이용되고, 수소 농도의 전 범위를 빠른 시간 내에 검출하며, 또한, 전기를 이용하지 않으므로 전기 방전에 의한 수소폭발 가능성을 작게 가지는데 적합한 수소 센서 및 수소 센싱 잡화물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 수소 센서는, 복수의 티타늄 계열 서포트 입자와, 상기 복수의 티타늄 계열 서포트 입자 상에 각각 위치되는 복수의 백금족 계열 산화물을 포함하는 수소 센싱 피그먼트; 및 상기 수소 센싱 피그먼트와 배합하는 알코올, 톨루엔과 실리콘을 포함하고, 상기 알코올과 상기 톨루엔은 부피비 1:9 ~ 2:8의 범위에서 혼합되어 상기 알코올을 통해 상기 톨루엔을 희석시키고, 상기 수소 센싱 피그먼트, 상기 희석된 톨루엔과 상기 실리콘은 3g : 50~100g : 50~100g 의 범위에서 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 티타늄 계열 서포트 입자는 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다.
상기 백금족 계열 산화물은 팔라듐(Pd)을 포함할 수 있다.
상기 수소 센싱 피그먼트는 공기 중 수소와 접촉 전에 베이지 색으로부터 상기 공기 중 상기 수소와 접촉 동안 회색으로 변화한 후에 상기 공기 중 상기 수소와 비 접촉시에도 상기 회색으로 돌아가지 않을 수 있다.
상기 알코올, 상기 톨루엔과 상기 실리콘은 상기 수소 센싱 피그먼트를 감싸도록 상기 실리콘에 페인트적인 특성을 부여할 수 있다.
본 발명에 따른 수소 센서의 제조방법은, 제1 탈 이온수와 티타늄 계열 서포트 파우더를 혼합시켜 서포트 용액을 형성하고, 제2 탈 이온수, 염산과 백금족 계열 염화물 파우더를 혼합시켜 증착 용액을 형성하고, 상기 서포트 용액과 상기 증착 용액을 이용하여 수소 센싱 피그먼트를 형성하고, 상기 수소 센싱 피그먼트를 알코올, 톨루엔과 실리콘으로 피복시키는 것을 포함하고, 상기 수소 센싱 피그먼트는 복수의 티타늄 계열 서포트 입자를 상기 백금족 계열 산화물로 각각 감싸서 형성되고, 상기 알코올과 상기 톨루엔은 부피비 1:9 ~ 2:8의 범위에서 혼합되어 상기 톨루엔을 희석시키고, 상기 수소 센싱 피그먼트, 상기 희석된 톨루엔과 상기 실리콘은 3g : 50~100g : 50~100g 의 범위에서 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 서포트 용액을 형성하는 것은, 상기 제1 탈 이온수를 준비하고, 상기 티타늄 계열 서포트 파우더를 준비하고, 상기 제1 탈 이온수 100중량부에 대해 상기 티타늄 계열 서포트 파우더 5~30 중량부를 혼합시키고, 상기 제1 탈 이온수와 상기 티타늄 계열 서포트 파우더의 혼합액을 약 70℃에서 1시간 동안 교반시켜 형성되는 것을 포함할 수 있다.
상기 증착 용액을 형성하는 것은, 상기 제2 탈 이온수를 준비하고, 상기 염산을 준비하고, 상기 백금족 계열 염화물 파우더를 준비하고, 상기 제2 탈 이온수 100중량부에 대해 상기 염산 10~50 중량부와 상기 백금족 계열 염화물 파우더 1~5중량부를 혼합시키고, 상기 제2 탈 이온수와 상기 염산의 혼합액을 상온에서 1시간 동안 교반시켜 형성되는 것을 포함할 수 있다.
상기 수소 센싱 피그먼트를 형성하는 것은, 상기 서포트 용액에 상기 증착 용액을 약 70℃에서 천천히 한 방울씩 첨가하고, 상기 서포트 용액과 상기 증착 용액의 제1 혼합 용액을 1시간에 걸쳐 교반시킴과 함께, 상기 제1 혼합 용액에서 상기 서포트 용액에 대한 상기 증착 용액의 반응 촉진을 위해 상기 제1 혼합 용액에 수산화 나트륨을 첨가하여 상기 제1 혼합 용액의 pH를 10~11 범위로 유지시켜 제2 혼합 용액을 형성하고, 상기 교반 시각이 상기 1 시간에 도달된 때, 상기 제2 혼합 용액에서 상기 서포트 용액에 대한 상기 증착 용액의 반응 종료를 위해 상기 제2 혼합 용액에 염산을 첨가하여 상기 제2 혼합 용액의 pH를 약 8로 유지시켜 현탁액을 형성하고, 상기 현탁액을 여과지에 여과시켜 예비 수소 센싱 피그먼트를 확보하고, 상기 예비 수소 센싱 피그먼트를 제3 탈 이온수로 세척시키고, 상기 세척된 예비 수소 센싱 피그먼트를 약 100℃에서 건조시켜 형성되는 것을 포함할 수 있다.
상기 수소 센싱 피그먼트를 알코올, 톨루엔과 실리콘으로 피복시키는 것은, 상기 수소 센싱 피그먼트를 준비시키고, 상기 알코올, 상기 톨루엔과 상기 실리콘을 준비시키고, 상기 톨루엔에 상기 알코올을 혼합하여 상기 톨루엔을 희석시키고, 상기 희석된 톨루엔을 상기 실리콘에 첨가하여 상기 실리콘의 겔 상태를 희석시키고, 상기 희석된 실리콘에 상기 수소 센싱 피그먼트를 배합시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수소 센싱 잡화물은, 수소 센싱 라인; 및 상기 수소 센싱 라인에 인접되는 기준 컬러 라인을 포함하고, 상기 수소 센싱 라인은, 알코올과 톨루엔을 부피비 1:9 ~ 2:8의 범위에서 혼합하여 톨루엔을 희석시키고 수소 센싱 피그먼트, 상기 희석된 톨루엔과 실리콘을 3g : 50~100g : 50~100g 의 범위에서 혼합시켜 상기 실리콘에 페인트적인 특성을 부여한 수소 센서를 이용하여 공기 중에서 잡화물 상에 일직선으로 그리고 일정 두께로 피막처리시 상기 알코올과 상기 톨루엔을 상기 공기 중에 휘발처리시킨 도막 라인이고, 상기 수소 센싱 피그먼트는 복수의 티타늄 계열 서포트 입자와, 상기 복수의 티타늄 계열 서포트 입자 상에 각각 위치되는 복수의 백금족 계열 산화물을 포함하고, 상기 기준 컬러 라인은, 상기 수소 센싱 라인의 수소 접촉 전 및 후에도, 상기 수소 센싱 라인의 공기 중 수소 접촉시 상기 수소 센싱 라인의 변색된 색과 동일한 색을 상기 잡화물 상에 일직선으로 그리고 일정 두께로 피막처리시킨 도막 라인인 것을 특징으로 한다.
상기 수소 센싱 라인은 상기 공기 중 상기 수소와 접촉시 상기 실리콘을 통해 상기 수소를 흡수하고 상기 수소 센싱 피그먼트와 상기 수소의 접촉 후 상기 수소 센싱 피그먼트의 색 변환을 통해 변환된 색을 상기 실리콘을 통해 외부에 나타낼 수 있다.
상기 수소 센싱 라인은 상기 공기 중 상기 수소와 접촉시 상기 기준 컬러 라인과 동일한 색을 나타낸 후에 상기 공기 중 상기 수소와 비 접촉시 원래의 색으로 돌아가지 않는 비가역적 특성을 가질 수 있다.
상기 잡화물은 테이프, 장갑 밴드 또는 피팅류 덮개를 포함할 수 있다.
본 발명은 수소 반응 장치 또는 수소 제조 장치의 외벽, 그리고 수소 반응 장치 또는 수소 제조 장치 주변에 위치되는 이송관, 반응관 및 배출관 중 적어도 하나의 표면에 페인트 형태로 도장 처리되어 공기 중에 누출되는 수소와 접촉시 페인트 색의 변화를 통해 수소를 용이하게 검출할 수 있다.
본 발명은 공기 중 수소를 검출하기 위해 잡화물(=테이프, 장갑, 밴드, 피팅류 덮개 등등) 상에 페인트 형태로 도막 처리되므로 잡화물의 형태에 구애받지 않으며 전기를 이용하지 않으므로 전원 주변에 구속되지 않아서 이용 자유도를 크게 가질 수 있다.
본 발명은 잡화물의 구조 형상의 변형없이 잡화물을 그대로 이용하여 잡화물 상에 페인트 형태로 간단하게 도막 처리되므로 수소 검출을 위해 필요로 되는 단가를 낮게 가지고, 잡화물의 사용 동안 수소를 검출하므로 점유 체적을 작게 가지며, 잡화물의 형상을 따라 구현되므로 플렉서블하게 이용될 수 있다.
본 발명은 잡화물 상에 페인트의 도장시 구현되어 도막 라인에 전기를 인가하지 않아도 공기 중 수소를 검출하므로 도막 라인에 전하의 축적을 발생시키지 않아 공기 중 수소 검출 동안 전기 방전 가능성을 작게 가질 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 수소 센서의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 수소 센서의 제조 방법에 의해 제조된 수소 센서로 채워진 용기를 보여주는 개략도이다.
도 4는 도 3의 수소 센서의 공기 중 수소 접촉 전과 수소 접촉 후에 색 변환을 보여주는 이미지이다.
도 5는 도 3의 수소 센서를 이용하여 수소 센싱 라인과 기준 컬러 라인을 포함하는 수소 센싱 테이프를 보여주는 개략도이다.
도 6은 도 3의 수소 센서를 이용하여 수소 센싱 라인과 기준 컬러 라인을 포함하는 수소 센싱 장갑을 보여주는 개략도이다.
도 7 및 도 8은 도 3의 수소 센서를 이용하여 수소 센싱 라인과 기준 컬러 라인을 포함하는 수소 센싱 피팅류 덮개를 보여주는 개략도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 수소 센서의 제조 방법에 의해 제조된 수소 센서로 채워진 용기를 보여주는 개략도이다.
도 4는 도 3의 수소 센서의 공기 중 수소 접촉 전과 수소 접촉 후에 색 변환을 보여주는 이미지이다.
도 5는 도 3의 수소 센서를 이용하여 수소 센싱 라인과 기준 컬러 라인을 포함하는 수소 센싱 테이프를 보여주는 개략도이다.
도 6은 도 3의 수소 센서를 이용하여 수소 센싱 라인과 기준 컬러 라인을 포함하는 수소 센싱 장갑을 보여주는 개략도이다.
도 7 및 도 8은 도 3의 수소 센서를 이용하여 수소 센싱 라인과 기준 컬러 라인을 포함하는 수소 센싱 피팅류 덮개를 보여주는 개략도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 수소 센서의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수소센서(도 3의 94)의 제조방법은, 제1 탈 이온수와 티타늄 계열 서포트 파우더를 혼합시켜 서포트 용액을 형성하는 것을 포함할 수 있다(S10). 상기 서포트 용액을 형성하는 것(S10)은, 제1 탈 이온수를 준비하고, 티타늄 계열 서포트 파우더를 준비하고, 제1 탈 이온수 100중량부에 대해 티타늄 계열 서포트 파우더 5~30 중량부를 혼합시키고, 제1 탈 이온수와 티타늄 계열 서포트 파우더의 혼합액을 약 70℃에서 1시간 동안 교반시켜 형성되는 것을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 티타늄 계열 서포트 파우더가 5 중량부 이하이면, 상기 티타늄 계열 서포트 파우더는 제1 탈 이온수에 소량으로 분산되어 있기 때문에 티타늄 계열 서포트 입자(이하에서 설명됨)의 개수 부족으로 인하여 목적하는 수소 센서(94)의 양을 한 번의 시도로 만들 수 없게 한다. 또한, 상기 티타늄 계열 서포트 파우더가 30 중량부 이상이면, 상기 티타늄 계열 서포트 파우더는 제 1 탈 이온수에서 교반을 용이하지 않게 한다.
상기 서포트 용액이 형성된 후에, 제2 탈 이온수, 염산과 백금족 계열 염화물 파우더를 혼합시켜 증착 용액이 형성될 수 있다(S20). 상기 증착 용액을 형성하는 것(S20)은, 제2 탈 이온수를 준비하고, 염산을 준비하고, 백금족 계열 염화물 파우더를 준비하고, 제2 탈 이온수 100중량부에 대해 염산 10~50 중량부와 백금족 계열 염화물 파우더 1~5중량부를 혼합시키고, 제2 탈 이온수와 염산의 혼합액을 상온에서 1시간 동안 교반시켜 형성되는 것을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 탈 이온수와 제2 탈 이온수는 동일 종류의 탈 이온수이다. 상기 염산이 10 중량부 이하이면, 상기 염산은 제2 탈 이온수 및 백금족 계열 염화물 파우더와 원활한 혼합을 할 수 없다. 상기 염산이 50 중량부 이상이면, 상기 염산은 후속 반응에 필요한 pH 조절을 어렵게 하며 산도를 증가시켜 위험성을 증가시킨다.
또한, 상기 백금족 계열 염화물 파우더가 1 중량부 이하이면, 상기 백금족 계열 염화물 파우더는 제2 탈 이온수에 소량으로 분산되어 있기 때문에 백금족 계열 산화물(이하에서 설명됨)의 양 부족으로 인하여 복수의 티타늄 계열 서포트 입자와 충분히 반응하지 못해 목적하는 수소 센서(94)의 양을 한 번의 시도로 만들 수 없게 한다. 상기 백금족 계열 염화물 파우더가 5 중량부 이상이면, 상기 백금족 계열 염화물 파우더는 제2 탈 이온수에 많이 분산되어 있기 때문에 수소 센서의 형성에 효율성을 떨어뜨리고 산도를 증가시켜 위험성을 증가시킨다.
상기 증착 용액이 형성된 후에, 상기 서포트 용액과 증착 용액을 이용하여 수소 센싱 피그먼트가 형성될 수 있다(S70). 상기 수소 센싱 피그먼트를 형성하는 것(S70)은, 도 2에서, 서포트 용액과 증착 용액을 반응시키고(S30), 서포트 용액과 증착 용액의 반응 시간이 기준 시간과 동일한 지의 여부를 확인하고(S40), 현탁액을 형성하고(S50), 현탁액으로부터 미세입자를 채취하는 것(S60)을 포함할 수 있다.
상기 서포트 용액과 증착 용액을 반응시키는 것(S30)은, 서포트 용액에 증착 용액을 약 70℃에서 천천히 한 방울씩 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 상기 서포트 용액과 증착 용액의 반응 시간이 기준 시간과 동일한 지의 여부를 확인하는 것(S40)은, 교반 시각이 1 시간에 도달되지 않은 때, 서포트 용액과 증착 용액의 제1 혼합 용액을 1시간에 걸쳐 교반시킴과 함께, 제1 혼합 용액에서 서포트 용액에 대한 증착 용액의 반응 촉진을 위해 제1 혼합 용액에 수산화 나트륨을 첨가하여 제1 혼합 용액의 pH를 10~11 범위로 유지시켜 제2 혼합 용액을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 현탁액을 형성하는 것(S50)은, 교반 시각이 1 시간에 도달된 때, 제2 혼합 용액에서 서포트 용액에 대한 증착 용액의 반응 종료를 위해 제2 혼합 용액에 염산을 첨가하여 제2 혼합 용액의 pH를 약 8로 유지시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 현탁액으로부터 미세 입자를 채취하는 것(S60)은, 현탁액을 여과지에 여과시켜 예비 수소 센싱 피그먼트를 확보하고, 예비 수소 센싱 피그먼트를 제3 탈 이온수로 세척시키고, 세척된 예비 수소 센싱 피그먼트를 약 100℃에서 건조시켜 형성되는 것을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 예비 수소 센싱 피그먼트는 복수의 티타늄 계열 서포트 입자, 복수의 티타늄 계열 서포트 입자를 감싸는 백금족 계열 산화물, 그리고 부산물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 수소 센싱 피그먼트는 복수의 티타늄 계열 서포트 입자, 복수의 티타늄 계열 서포트 입자를 각각 감싸는 복수의 백금족 계열 산화물을 포함할 수 있다. 상기 티타늄 계열 서포트 입자는 이산화티타늄(TiO2)을 포함하고, 상기 백금족 계열 산화물은 팔라듐(Pd)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 수소 센싱 피그먼트가 형성된 후, 상기 수소 센싱 피그먼트가 알코올, 톨루엔과 실리콘으로 피복될 수 있다(S80). 상기 수소 센싱 피그먼트를 알코올, 톨루엔과 실리콘으로 피복시키는 것(S80)은, 수소 센싱 피그먼트를 준비시키고, 알코올, 톨루엔과 실리콘을 준비시키고, 톨루엔에 알코올을 혼합하여 톨루엔을 희석시키고, 희석된 톨루엔을 실리콘에 첨가하여 실리콘의 겔 상태를 희석시키고, 희석된 실리콘에 수소 센싱 피그먼트를 배합시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 알코올과 톨루엔은 부피비 1:9 ~ 2:8의 범위에서 혼합되어 톨루엔을 희석시키고, 상기 수소 센싱 피그먼트, 희석된 톨루엔과 실리콘은 3g : 50~100g : 50~100g 의 범위에서 혼합될 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2의 수소 센서의 제조 방법에 의해 제조된 수소 센서로 채워진 용기를 보여주는 개략도이고, 도 4는 도 3의 수소 센서의 공기 중 수소 접촉 전과 수소 접촉 후에 색 변환을 보여주는 이미지이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 용기(96)에 채워진 수소 센서(94)는 수소 센싱 피그먼트, 알코올, 톨루엔과 실리콘을 포함한다. 상기 수소 센싱 피그먼트는 복수의 티타늄 계열 서포트 입자와, 복수의 티타늄 계열 서포트 입자 상에 각각 위치되는 복수의 백금족 계열 산화물을 포함한다. 상기 티타늄 계열 서포트 입자는 이산화티타늄(TiO2)을 포함한다. 상기 백금족 계열 산화물은 팔라듐(Pd)을 포함한다.
상기 알코올, 톨루엔과 실리콘은 수소 센싱 피그먼트와 배합한다. 상기 알코올과 톨루엔은 부피비 1:9 ~ 2:8의 범위에서 혼합되어 알코올을 통해 톨루엔을 희석시킨다. 상기 수소 센싱 피그먼트, 희석된 톨루엔과 실리콘은 3g : 50~100g : 50~100g 의 범위에서 혼합된다. 상기 알코올, 톨루엔과 실리콘은 수소 센싱 피그먼트를 감싸도록 실리콘에 페인트적인 특성을 부여한다.
여기서, 상기 실리콘은 공기 중 수소와 접촉하여 수소를 수소 센싱 피그먼트에 전달하고, 상기 수소 센싱 피그먼트는 도 4에서 공기 중 수소와 접촉 전에 베이지색(97)으로부터 공기 중 수소와 접촉 동안 회색(98)으로 제1 방향(F1)을 따라 변화한 후에 공기 중 수소와 비 접촉시에도 회색(98)으로부터 베이지색(97)으로 제2 방향(F2)을 따라 돌아가지 않는 비가역적 특성을 갖는다. 상기 수소 센서(94)는 공기 중 수소와 비 접촉시 용기(96) 내에서 베이지 색(97)을 갖는다.
한편, 상기 수소 센서는 수소 반응 장치 또는 수소 제조 장치의 외벽, 그리고 수소 반응 장치 또는 수소 제조 장치 주변에 위치되는 이송관, 반응관 및 배출관 중 적어도 하나의 표면에 페인트 형태로 도장 처리된다.
도 5는 도 3의 수소 센서를 이용하여 수소 센싱 라인과 기준 컬러 라인을 포함하는 수소 센싱 테이프를 보여주는 개략도이고, 도 6은 도 3의 수소 센서를 이용하여 수소 센싱 라인과 기준 컬러 라인을 포함하는 수소 센싱 장갑을 보여주는 개략도이다.
또한, 도 7 및 도 8은 도 3의 수소 센서를 이용하여 수소 센싱 라인과 기준 컬러 라인을 포함하는 수소 센싱 피팅류 덮개를 보여주는 개략도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 수소 센싱 테이프(도 5의 100)와 수소 센싱 장갑(도 6의 110)은 본 발명에 따른 수소 센싱 잡화물에 포함된다. 상기 수소 센싱 잡화물은 수소 센싱 테이프(100)와 수소 센싱 장갑(110)의 각각에서 수소 센싱 라인(94a)과, 수소 센싱 라인(97a)에 인접되는 기준 컬러 라인(98a)을 포함한다. 좀 더 상세하게는, 상기 수소 센싱 라인(97a)은 수소 센싱 테이프(100) 또는 수소 센싱 장갑(110)의 단부에 위치되고, 상기 기준 컬러 라인(98a)은 수소 센싱 라인(97a) 아래에 위치된다.
여기서, 상기 수소 센싱 라인(97a)은, 알코올과 톨루엔을 부피비 1:9 ~ 2:8의 범위에서 혼합하여 톨루엔을 희석시키고 수소 센싱 피그먼트, 희석된 톨루엔과 실리콘을 3g : 50~100g : 50~100g 의 범위에서 혼합시켜 실리콘에 페인트적인 특성을 부여한 수소 센서를 이용하여 공기 중에서 잡화물(= 테이프 또는 장갑) 상에 일직선으로 그리고 일정 두께로 피막처리시 알코올과 톨루엔을 공기 중에 휘발처리시킨 도막 라인이다. 상기 수소 센싱 피그먼트는 복수의 티타늄 계열 서포트 입자와, 복수의 티타늄 계열 서포트 입자 상에 각각 위치되는 복수의 백금족 계열 산화물을 포함한다.
상기 수소 센싱 라인(97a)은 공기 중 수소와 접촉시 실리콘을 통해 수소를 흡수하고 수소 센싱 피그먼트와 수소의 접촉 후 수소 센싱 피그먼트의 색 변환을 통해 변환된 색을 실리콘을 통해 외부에 나타낸다. 상기 수소 센싱 피그먼트의 색 변환은 수소의 유무에 따라 도 4와 동일하게 수행된다. 상기 수소 센싱 라인(97a)은 공기 중 수소와 접촉시 기준 컬러 라인(98a)과 동일한 색을 나타낸 후에 공기 중 수소와 비 접촉시 원래의 색으로 돌아가지 않는 비가역적 특성을 갖는다.
상기 기준 컬러 라인(98a)은, 수소 센싱 라인(97a)의 수소 접촉 전 및 후에도, 수소 센싱 라인(97a)의 공기 중 수소 접촉시 수소 센싱 라인(97a)의 변색된 색과 동일한 색을 잡화물 상에 일직선으로 그리고 일정 두께로 피막처리시킨 도막 라인이다. 한편, 상기 수소 센싱 라인(97a)과 기준 컬러 라인(98a)이 잡화물(= 밴드) 상에 도막 처리된 때, 상기 수소 센싱 라인(97a)과 기준 컬러 라인(98a)을 포함하는 잡화물(= 밴드)은 수소 센싱 잡화물에서 수소 센싱 밴드(도면에 미도시)로 분류될 수 있다.
또한, 상기 수소 센싱 라인(97a)과 기준 컬러 라인(98a)이 잡화물(= 피팅류 덮개) 상에 도막 처리된 때, 상기 수소 센싱 라인(97a)과 기준 컬러 라인(98a)을 포함하는 잡화물(= 피팅류 덮개)은 수소 센싱 잡화물에서 수소 센싱 피팅류 덮개(도 7의 128, 또는 도 8의 149)로 분류될 수 있다. 도 7의 수소 센싱 피팅류 덮개(128)는 두 방향으로부터 제1 배관(124)과 제2 배관(126)을 수용하는 원통형 피팅류(122)를 감쌀 수 있다.
여기서, 상기 수소 센싱 피팅류 덮개(128)는 원통형 피팅류(122) 상에서 신축성을 가지며 양 단부에 수소 센싱 라인(97a)과 중앙 부위에 기준 컬러 라인(98a)을 포함한다. 상기 수소 센싱 피팅류 덮개(128)는 제1 배관(124)과 피팅류(122) 사이의 영역, 그리고 제2 배관(126)과 피팅류(122) 사이의 영역을 충분히 감싼다. 상기 수소 센싱 피팅류 덮개(128)는 제1 배관(124)과 제2 배관(126) 만을 노출시키므로 기준 컬러 라인(98a)과 수소 센싱 라인(97a)을 이용하여 피팅류(122)로부터 수소 누출시 수소를 센싱할 수 있다.
상기 피팅류(122), 제1 배관(124), 제2 배관(126)과 수소 센싱 피팅류 덮개(128)는 배관 연결 장치(130)를 구성할 수 있다. 도 8의 수소 센싱 피팅류 덮개(149)는 세 방향으로부터 제1 배관(143), 제2 배관(145)과 제3 배관(147)을 수용하는 ‘T’ 자형 피팅류(141)를 감쌀 수 있다. 여기서, 상기 수소 센싱 피팅류 덮개(149)는 ‘T’ 자형 피팅류(141) 상에서 신축성을 가지며 개개의 단부에 수소 센싱 라인(97a)과 중앙 부위에 기준 컬러 라인(98a)을 포함한다.
상기 수소 센싱 피팅류 덮개(149)는 제1 배관(143)과 피팅류(141) 사이의 영역, 제2 배관(145)과 피팅류(141) 사이의 영역, 그리고 제3 배관(147)과 피팅류(141) 사이의 영역을 충분히 감싼다. 상기 수소 센싱 피팅류 덮개(149)는 제1 배관(143), 제2 배관(145)과 제3 배관(147) 만을 노출시키므로 기준 컬러 라인(98a)과 수소 센싱 라인(97a)을 이용하여 피팅류(141)로부터 수소 누출시 수소를 센싱할 수 있다.
상기 피팅류(141), 제1 배관(143), 제2 배관(145), 제3 배관(147)과 수소 센싱 피팅류 덮개(128)는 배관 연결 장치(150)를 구성할 수 있다. 이와는 다르게, 본 발명의 변형에 따르는 수소 센싱 피팅류 덮개는 네 개 이상의 방향으로부터 개개의 방향에 대응된 배관을 수용하는 피팅류를 감쌀 수도 있다. 여기서도, 본 발명의 변형에 따르는 수소 센싱 피팅류 덮개는 개개의 방향에 대응된 단부에 수소 센싱 라인과 중앙 부위에 기준 컬러 라인을 가질 수 있다.
94; 수소 센서, 96; 용기
97; 베이지색, 98; 회색
97a; 수소 센싱 라인, 98a; 기준 컬러 라인
100; 수소 센싱 테이프, 110; 수소 센싱 장갑
97; 베이지색, 98; 회색
97a; 수소 센싱 라인, 98a; 기준 컬러 라인
100; 수소 센싱 테이프, 110; 수소 센싱 장갑
Claims (14)
- 복수의 티타늄 계열 서포트 입자와, 상기 복수의 티타늄 계열 서포트 입자 상에 각각 위치되는 복수의 백금족 계열 산화물을 포함하는 수소 센싱 피그먼트; 및
상기 수소 센싱 피그먼트와 배합하는 알코올, 톨루엔과 실리콘을 포함하고,
상기 알코올과 상기 톨루엔은 부피비 1:9 ~ 2:8의 범위에서 혼합되어 상기 알코올을 통해 상기 톨루엔을 희석시키고,
상기 수소 센싱 피그먼트, 상기 희석된 톨루엔과 상기 실리콘은 3g : 50~100g : 50~100g 의 범위에서 혼합되고,
상기 희석된 톨루엔은 상기 실리콘의 겔 상태를 희석시키고,
상기 수소 센싱 피그먼트, 상기 희석된 톨루엔과 상기 실리콘은 용기 내에서 페인트로 존재하고,
상기 티타늄 계열 서포트 입자는 이산화티타늄(TiO2)을 포함하고,
상기 백금족 계열 산화물은 팔라듐(Pd)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 센서.
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- 수소 센싱 라인; 및
상기 수소 센싱 라인에 인접되는 기준 컬러 라인을 포함하고,
상기 수소 센싱 라인은, 알코올과 톨루엔을 부피비 1:9 ~ 2:8의 범위에서 혼합하여 톨루엔을 희석시키고 수소 센싱 피그먼트, 상기 희석된 톨루엔과 실리콘을 3g : 50~100g : 50~100g 의 범위에서 혼합시켜 상기 실리콘에 페인트적인 특성을 부여한 수소 센서를 이용하여 공기 중에서 잡화물 상에 일직선으로 그리고 일정 두께로 피막처리시 상기 알코올과 상기 톨루엔을 상기 공기 중에 휘발처리시킨 도막 라인이고,
상기 수소 센싱 피그먼트는 복수의 티타늄 계열 서포트 입자와, 상기 복수의 티타늄 계열 서포트 입자 상에 각각 위치되는 복수의 백금족 계열 산화물을 포함하고,
상기 희석된 톨루엔은 상기 실리콘의 겔 상태를 희석시키고,
상기 수소 센싱 피그먼트, 상기 희석된 톨루엔과 상기 실리콘은 용기 내에서 페인트로 존재하고,
상기 기준 컬러 라인은, 상기 수소 센싱 라인의 수소 접촉 전 및 후에도, 상기 수소 센싱 라인의 공기 중 수소 접촉시 상기 수소 센싱 라인의 변색된 색과 동일한 색을 상기 잡화물 상에 일직선으로 그리고 일정 두께로 피막처리시킨 도막 라인인 것을 특징으로 하고,
상기 수소 센싱 라인은 상기 공기 중 상기 수소와 접촉시 상기 기준 컬러 라인과 동일한 색을 나타낸 후에 상기 공기 중 상기 수소와 비 접촉시 원래의 색으로 돌아가지 않는 비가역적 특성을 가지고,
상기 잡화물은 테이프, 장갑, 밴드 또는 피팅류 덮개를 포함하는 수소 센싱 잡화물.
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| KR100810122B1 (ko) | 2007-03-07 | 2008-03-06 | 한국에너지기술연구원 | 팔라듐과 백금이 분산된 타이타늄산화물 나노튜브를 적용한접촉연소식 가스 센서 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Sensors and Actuators B, Vol(144), pp. 208-214, 2010* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180028830A (ko) | 2018-03-19 |
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