KR101910610B1 - 표준 가스 용해액 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 가스 용해농도를 일정하게 유지시키는 수단이 구비되는 표준가스 용해액 제조 장치에 관한 것으로서, 용액탱크내의 용해액이 순환펌프에 의해서 용해액순환관을 통하여 위로 올라갔다가 강하관으로 내려오게 하여 강하관 내에 부압이 형성되도록 하고, 이 부압에 의해서 용액탱크 상부 공간과 연결된 가스순환관을 통하여 공간가스가 들어오고, 표준가스 공급관으로부터 표준가스가 들어와 두 가스가 혼합되어 강하관을 내려오면서 용해액과 섞여 일부 가스가 용해되도록 하고, 용해되지 않은 가스가 다시 가스순환관을 통하여 재순환되도록 하면서 용액탱크 상부 공간가스의 일부가 가스배출관을 통하여 연속적으로 외부로 배출되도록 하여 용액탱크 상부 공간 압력이 상시 대기압(1atm)과 같도록 하면서 물에 표준가스를 용해시켜 공인된 물에 대한 표준가스 용해도에 준하는 표준가스 용액을 제조하는 장치가 제작됨으로써 표준가스 손실을 최소화하면서 일정한 농도의 표준가스 용해액을 신속하게 제조하는 장치를 제공하고자 한다.

Description

표준 가스 용해액 제조 장치{Standard gas solution production equipment}

본 발명은 표준가스 용해액 제조 장치에 관한 것으로, 특히 용해 가스 농도를 일정하게 유지시키는 수단이 구비되는 표준가스 용해액 제조 장치에 관한 것이다.

표준가스 용해액 제조 장치는 액체 내에 표준가스를 일정 농도만큼 용해시켜 제조되는 가스 용해액 제조 장치이다. 종래에는 특히 수소 표준가스 용해액을 만들기 위하여 표준가스를 물에 단순 주입하거나 또는 물을 전기분해하여 발생되는 수소가스를 물에 용해시키는 방법이 사용된다.

그런데 물에 표준가스를 단순 주입하는 방법은 주입된 가스가 전량 물에 용해되지 않기 때문에 용해도를 제어하기 힘들고, 용해액과 일차 접촉한 표준가스가 곧바로 외부로 배출됨으로 인하여 가스가 다량 소비되는 문제가 있고, 물을 전기분해하는 방법은 물의 산성도나 전기전도도등의 상태와 전극 표면 상태에 따라 발생되는 가스양이 다르므로 역시 농도 제어가 힘들어서 표준용액의 가스 농도에 대한 신뢰도가 낮은 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 하는 종래기술로서 도 1에 도시된 등록특허공보 제10-1082673호(등록일자: 2011. 11. 04)('표준 용존수소 용액 제조장치')에서는 가스 용해조(25), 가스 용해조(25)에 물을 순환 공급하는 물 순환계통, 가스 용해조(25)에 가스를 공급하는 가스 공급계통으로 구성되되, 특히 가스 용해조(25)는 측부에 순환수 유입관(8)과 가스 유입관(5)이 설치되고 상부에 가스 배출관(26)이 설치되며 하부에 순환수 배출관(7)이 설치되는 외통(1)과, 순환수 유입관(8)을 통해 유입된 물이 외통(1)으로 유출되도록 하는 물 유출구멍(10)이 상부에 설치되는 내통(3)과, 내통(3)에 설치되는 격벽(27)을 관통하는 가스 유입관(5)의 종단에 설치되어 수소가스를 분출하는 산기관(4) 및, 상부에 물 배출 구멍(11c)이 설치되어 외통(1)의 물이 순환수 배출관(7)으로 배출되도록 하는 물 배출체(11)가 구비됨으로써, 용해조 내의 수소가스 압력을 대기압으로 유지하면서 물에 수소가스를 용해시켜, 1기압 하에서 온도에 따라 측정하여 공인된 물에 대한 수소가스 용해도에 준하는 표준 용존수소 용액 제조장치가 개시된다.

그런데, 상기 종래기술은 정확한 농도의 표준 용존수소 용액은 제조 가능하지만, 용해액과 일차 접촉한 표준가스가 배출관을 통하여 곧바로 배출되면서 농도를 맞추는 방식인 점에서 배출되는 표준가스가 재활용될 수 없어 표준가스 손실이 크다는 문제가 있다.

따라서 용해액과 일차 접촉한 표준가스가 곧바로 배출되지 않고 재순환되도록 함으로써 표준가스 손실이 최소화될 수 있는 표준가스 용해액 제조 장치가 요청된다.

등록특허공보 제10-1082673호(등록일자: 2011. 11. 04)

이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 주입되는 표준가스가 용해액과 접촉 한 후 곧바로 배출되지 않고 재순환되도록 하여 표준가스 압력을 대기압으로 유지하면서 용해액과 표준가스의 접촉량을 늘릴 수 있도록 제작됨으로써 표준가스 소비를 최소화하면서 일정 농도의 표준가스 용해액 제조시간을 단축할 수 있는 표준가스 용해액 제조 장치를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 표준 가스 용해액 제조 장치는, 용액탱크(10), 용해액(S), 순환펌프(21), 용해액 순환관(22), 및 강하관(25)으로 이루어진 용액순환부, 공간가스(TG), 가스순환관(41), 가스봄브(23), 가스공급관(27), 및 가스배출관(31)으로 이루어진 가스순환부, 표준액펌프(51), 표준액순환관(52), 용해가스 농도센서(53), 회수관(26), 및 월류판(11)으로 이루어진 표준용액부로 구성된다.

용액순환부는 용액탱크(10)내의 용해액(S)이 순환펌프(21)에 의해서 용해액순환관(22)을 통하여 위로 올라갔다가 강하관(25)으로 내려오게 하여 강하관 내에 부압이 형성되도록 하고, 이 부압에 의해서 가스순환관(41)으로부터 용액탱크(10) 상부 공간가스가, 표준가스공급관(28)으로부터 표준가스(SG)가 유입되도록 하여 두 가스가 혼합되어 강하관을 내려오면서 용해액과 섞여 가스가 용해되도록 한다.

가스순환부는 강하관에 형성된 부압에 의해 용액탱크(10) 내 상부 공간가스(TG)가 가스순환관(41)을 통하여 들어오고, 가스봄브(23)로부터 가스공급관(27)을 통하여 표준가스가 들어오게 하여 강하관(25)에 공급하고, 공간가스(G)의 일부를 가스배출관(31)을 통하여 연속적으로 외부로 배출시켜 공간가스(TG)의 압력이 대기압(1atm)과 같도록 한다.

표준용액부는 용액탱크(10) 내의 용해액이 용해액펌프(51)에 의해서 용해가스 농도센서(53)으로 들어가 용해가스 농도가 측정된 다음 회수관(26)을 통하여 용액탱크로 되돌아가도록 한다.

본 발명에 따른 표준 가스 용해액 제조 장치에는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 표준가스를 재순환함으로써 표준가스 소비가 최소화된다.

둘째, 용액탱크 상부 공간의 압력을 항상 대기압과 같도록 함으로써 표준가스 용해도가 일정하게 유지된다.

셋째, 용해액을 순환시키면서 강하관에 의해 표준가스가 용해액에 섞이게 함으로써 별도의 가스순환 장치가 없어도 표준가스가 용해액에 균일하게 용해된다.

넷째, 다량의 용해액 및 가스의 접촉이 이루어지도록 하여 단시간에 가스용해액을 제조할 수 있다.

다섯째, 월류판에 의해 기포가 용해가스 농도센서로 들어가지 않으며, 용해액이 균일하게 섞이도록 하여 일정한 표준가스 용해액이 제조된다.

도 1은 종래기술을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예를 나타내는 구성도,
도 3은 강하관에서 부압으로 공간가스와 표준가스가 유입되어 용해액과 섞여 용해되는 원리를 나타내는 개념도,

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 표준 가스 용해액 제조 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 용액탱크(10)와, 용액순환부(21,22,23,24,25), 가스 배출관(31), 가스순환부, 월류판 및, 농도 측정부로 구성된다.

용액탱크(10)는 내부에 표준가스가 용해된 용해액(S)이 저장된 용기이다. 용액탱크(10) 내부에서 용해액(S) 수면과 용액탱크(10)의 천정 사이 공간에는 용해액(S)으로부터 분리된 표준가스(SG)가 채워진다. 여기서 용액탱크(10) 상부 공간에 차 있는 표준가스(TG)를 공간가스(TG)라고 부르기로 한다.

용액순환부는 용액탱크(10) 내부에 저장된 용해액(S)이 도 2에 도시된 바와 같이 설치된 순환펌프(21)에 의해 용해액 순환관(22)을 통하여 위로 올라갔다가, 용해액 순환관(22)에 연결된 강하관(25)을 따라 내려오면서 강하관(25)의 내부에 부압을 발생시킴으로써, 가스봄브(23)로부터 가스공급관(27)과 가스공급밸브(24)를 거쳐서 강하관(25) 상부로 이송되는 표준가스(SG)가 상기 부압으로 인하여 자동으로 강하관(25) 내부로 유입되어, 용해액 순환관(22)에 연결된 강하관(25)을 따라 내려오는 용해액(S)에 표준가스(SG)가 혼합되면서 용해되어 하강되게 구성된다.

가스배출관(31)은 도 2에 도시된 바와 같이 용액탱크(10)의 상부 공간과 외부 대기를 연결시키는 관으로서, 지속적으로 공간가스(TG)를 배출시킴으로써 용액탱크(10) 내부 압력을 대기압과 일치시키는 구성이다.

이와같이 구성됨으로써 표준가스(SG)의 용해가 최소한의 동력으로 수행된다. 또한 용액탱크(10) 상부가 전면적으로 개방되는 것이 아니라 가스배출관(31)으로만 대기와 연결되므로, 용액탱크(10) 내부에서는 공간가스(TG)와 용해액(S) 사이에 일정정도 동적 평형이 이루어져, 재용해가 가능하므로 표준가스(SG)의 낭비가 비약적으로 절감될 수 있다.

또한 본 발명에서는 이러한 표준가스 낭비를 최소화시킬 수 있도록 가스순환부가 더 설치될 수 있다.

가스순환부는 도 2에 도시된 바와 같이 가스순환관(41)과, 가스순환밸브(42)로 구성된다.

가스순환관(41)은 일단은 강하관(25) 상부에 연결되고, 타단은 용액탱크(10) 상부 공간에 인입된다. 따라서 용해액 순환관(22)을 통하여 올라오는 용해액(S)이 강하관(25)을 따라 하강될 때 강하관(25) 상부에 형성되는 부압으로 인하여 용액탱크(10) 상부 공간에 부유하는 공간가스(TG)가 자동으로 가스순환관(41)을 따라 상승한 후 강하관(25)으로 유입됨으로써, 공간가스(TG)는 별도의 동력 없이도 효과적으로 용해액(S)에 재용해 될 수 있다.

또한 본 발명에서는 용해액(S)의 농도를 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 표준액 펌프(51)와 표준액 순환관(52)과 회수관(56) 및 용해가스 농도센서(53)로 이루어지는 농도 측정부와, 순환펌프(21) 및 표준액 펌프(51)에 기포가 유입됨을 방지시키는 월류판(11)이 설치될 수 있다.

상기 농도 측정부는 용해액(S)이 표준액펌프(51)에 의해 표준액순환관(52)를 통하여 용해가스 농도센서(53)으로 들어가 용해농도가 측정된 다음 회수관(26)을 통하여 용액탱크(10)로 되돌아가도록 구성된다. 이때 강하관(25) 및 회수관(26)에서 발생한 기포가 순환펌프(21) 및 표준액 펌프(52)로 유입되지 않도록 하고, 용해액(S)이 균일하게 섞이도록 하는 월류판(11)이 설치된다.

월류판(11)의 높이는 월류판(11)의 상단이 용해액(S)의 수면 아래에 배치되되, 수면과 일정정도 근접되는 정도로 형성되고, 월류판(11)으로 인하여 용해액(S) 내부는 제1실(111)과 제2실(112)로 구분된다.

월류판(11)으로 인하여 강하관(25) 및 회수관(26)에서 발생한 기포가 순환펌프(21) 및 표준액 펌프(52)로 유입되지 않는 이유는 강하관(25) 및 회수관(26)에서 배출되는 기포가 월류판(11)으로 인하여 제2실(112)로 넘어가지 못하고 수면으로 올라와 소멸되기 때문이다.

이렇게 되기 위해서는 바람직하게는 강하관(25) 및 회수관(26)의 하단은 제1실(111)의 용액탱크(10) 바닥에 근접되게 배치되고, 용해액 순환관(22) 및 표준액 순환관(52)은 제2실(112)에 인입되어 용해액(S)을 추출하도록 배치됨으로써, 결국 용해액 순환관(22) 및 표준액 순환관(52)에 각각 연결된 순환펌프(21) 및 표준액 펌프(51)에는 기포가 유입되지 못하게 되는 것이다.

여기서 용액순환부에서 순환되는 용해액(S)량은 인버터(30)에 의해서 조정되고, 가스순환부에서 주입되는 표준가스(SG)량은 가스공급밸브(24)에 의해 조정되며, 순환되는 공간가스(S)량은 가스순환밸브(41)에 의해 조정된다. 표준용액부에서 용해가스 농도센서(53)로 들어가는 용해액(S)량은 인버터(29)에 의해 조정된다.

이처럼 공간가스(TG) 농도 및 압력이 일정하게 유지되는 상태에서 용해되는 가스 농도는 헨리의 법칙에 의거하여 온도(용해액 온도)에 따라 달라진다. 따라서 가스분압(공간가스 농도) 및 온도(용해액 온도)에 따라 주어지는 공인 가스용해도를 사용하여 일정 농도의 가스용해액을 제조하는 것이 가능하다.

상기와 같은 원리로 인하여 본 발명에서는 종래기술처럼 주입되는 표준가스(SG)가 곧바로 배출되지 않고 일정시간 동안 장치 내에 머물면서 재순환 되도록 하여 소비되는 표준가스량(SG)을 줄이고 용해액(S)과 가스의 접촉량을 늘려 단기간 내에 표준가스 용해액을 제조할 수 있다.

한편, 도 3은 강하관(25)에서 발생하는 부압에 의해 표준가스(SG)와 공간가스(TG)가 흡입되어 용해액(S)과 섞이는 과정을 도식적으로 설명한 것으로, 순환펌프(21)에 의해 용해액순환관(22)를 통하여 올라온 용해액(S)은 강하관(25)에서 아래로 내려가게 되는데 이때 강하관(25) 내부에는 중력에 의해 부(-)압이 생기게 된다. 이 부압에 의해 용액탱크 상부 공간과 연결된 가스순환관(41)을 통하여 공간가스가 빨려들어오면서 부압이 깨지게 된다. 또한, 이 때 가스공급관(27)을 통하여 소량의 표준가스(SG)가 유입되어 공간가스(TG)와 섞여 용해액(S)에 용해된다,

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

TG : 공간가스 S : 용해액
SG : 표준가스 10 : 용액탱크
11 : 월류판 21 : 순환펌프
22 : 용해액 순환관 23 : 가스봄브
24 : 가스공급밸브 25 : 강하관
27 : 가스공급관 28 : 가스공급관
29, 30 : 인버터 31 : 가스 배출관
41 : 가스순환관 42 : 가스순환밸브
51 : 표준액 펌프 52 : 표준액 순환관
53 : 용해가스 농도 센서 56 : 회수관
111 : 제1실 112 : 제2실

Claims (4)

1. 용액탱크와;
   상기 용액탱크 외부에 설치되는 가스봄브와, 용액탱크와 가스봄브를 연결시키는 강하관과, 강하관에 설치되는 가스공급밸브와, 일단은 용액탱크 하부에 연결되고 타단은 강하관 상부의 일지점에 연결되어 용액탱크 내부에 저장된 용해액을 추출하여 강하관 상부까지 이송시킴으로써 용해액을 순환시킴과 동시에 상기 강하관 상부의 일지점과 가스공급밸브 사이에 부압을 형성시키는 용해액 순환관과, 용해액 순환관에 설치되는 순환펌프로 이루어지는 용액순환부와;
   상기 용액탱크 내부의 상부공간에 일단이 인입되고 타단은 대기에 개방되어, 용액탱크 상부공간 압력을 외부 대기 압력과 일치시키는 가스 배출관과;
   상기 강하관에서 부압이 형성되는 구간에 일단이 연결되고, 타단은 용액탱크 상부로 인입되는 가스순환관과, 가스순환관에 설치되는 가스순환밸브로 이루어지는 가스순환부와;
   상기 용액탱크 내부에 설치되며, 용액탱크 내부를 제1실과 제2실로 분리시키는 판으로서, 제1실과 제2실 간에 용해액은 통과시키고 기포는 차단시키는 월류판; 및,
   상기 제2실에 일단이 배치되어 용해액을 추출시키는 표준액 순환관과, 표준액 순환관의 타단에 설치되는 용해가스 농도센서와, 용해가스 농도센서에 일단이 연결되고 타단은 제1실에 인입되는 회수관 및, 제2실 내부의 용해액을 표준액 순환관과 회수관을 따라 제1실로 이송시키는 표준액 펌프로 이루어지는 농도 측정부;로 구성되되,
   월류판(11)의 높이는 월류판(11)의 상단이 용해액(S)의 수면 아래에 배치되면서, 수면과 일정정도 근접되는 정도로 형성되고,
   강하관(25) 및 회수관(56)의 하단은 제1실(111)의 용액탱크(10) 바닥에 근접되게 배치되어,
   강하관(25) 및 회수관(56)에서 배출되는 기포가 월류판(11)으로 인하여 제2실(112)로 넘어가지 못하고 수면으로 올라와 소멸됨으로써, 제2실(112) 내부의 용액 농도를 측정하는 농도 측정부에서 정밀한 농도 측정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 표준 가스 용해액 제조 장치.
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