KR102038466B1 - 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치 - Google Patents
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Abstract
지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치가 개시되어 있다.
개시된 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치는 하우징; 상기 하우징의 하부에 소정 패턴으로 배열되는 다수의 기준전극봉; 및 상기 기준전극봉 사이의 전위차를 감지하는 전위차 감지부, 상기 감지된 신호를 증폭하고, 노이즈를 제거하며, 과입력을 제한하는 기능을 수행하는 입력신호 처리부, 상기 신호 처리된 감지신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부, 상기 디지털 신호로 변환된 정보를 저장하는 저장부, 상기 저장부에 저장된 정보를 송출하는 송출부를 포함하는 탐상모듈;로 이루어지는 전위차 탐상유닛; 그리고, 상기 하우징에 착탈 가능하게 설치되며, 상기 송출부를 통해 탐상된 결과값을 수신하는 수신부, 상기 수신부에 수신된 결과값을 분석하는 제어부, 상기 제어부에서 분석이 완료된 최종 결과값을 출력하는 디스플레이부로 이루어진 본체유닛;을 포함하되, 상기 본체유닛은 상기 하우징에 안착 설치하거나, 또는 하우징으로부터 분리하여 유무선 방식으로 상기 전위차 탐상유닛과의 데이터 수신이 가능한 것을 더 포함하며, 상기 전위차 탐상유닛의 하우징의 각 모서리에는 드론의 앙카볼트에 결합되는 결합리브가 마련된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
개시된 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치는 하우징; 상기 하우징의 하부에 소정 패턴으로 배열되는 다수의 기준전극봉; 및 상기 기준전극봉 사이의 전위차를 감지하는 전위차 감지부, 상기 감지된 신호를 증폭하고, 노이즈를 제거하며, 과입력을 제한하는 기능을 수행하는 입력신호 처리부, 상기 신호 처리된 감지신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부, 상기 디지털 신호로 변환된 정보를 저장하는 저장부, 상기 저장부에 저장된 정보를 송출하는 송출부를 포함하는 탐상모듈;로 이루어지는 전위차 탐상유닛; 그리고, 상기 하우징에 착탈 가능하게 설치되며, 상기 송출부를 통해 탐상된 결과값을 수신하는 수신부, 상기 수신부에 수신된 결과값을 분석하는 제어부, 상기 제어부에서 분석이 완료된 최종 결과값을 출력하는 디스플레이부로 이루어진 본체유닛;을 포함하되, 상기 본체유닛은 상기 하우징에 안착 설치하거나, 또는 하우징으로부터 분리하여 유무선 방식으로 상기 전위차 탐상유닛과의 데이터 수신이 가능한 것을 더 포함하며, 상기 전위차 탐상유닛의 하우징의 각 모서리에는 드론의 앙카볼트에 결합되는 결합리브가 마련된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 지중에 매설된 배관의 피복결함을 탐상하기 위한 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 다전극(기준전극봉)을 이용하여 시간에 따라 변화하는 배관 상부 외에 주변의 전위를 다중적으로 측정함과 아울러 다전극의 조합에 의한 전위 및 전위차 정보를 구축하여 2차원적 시뮬레이션 또는 3차원적 시뮬레이션을 통해 지중 매설 배관의 피복결함 및 부식결함을 탐상할 수 있도록 한 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치에 관한 것이다.
원자력 발전소의 운전연수가 증가함에 따라 발전소 매설 배관의 경년 열화로 인한 손상사례가 많이 발견 되고 있다.
미국에서는 원전 매설배관의 건전성 관리를 위하여 NSIAC(Nuclear Strategic Issues Advisory Committee)가 조직되었으며, NEI 09-14(Guideline for the Management of Underground Piping and Tank Integrity) 지침이 공표되어 세 차례 개정된 바 있고, 2015년 부터는 국내에서도 각 발전소별 매설배관 관리프로그램의 적용이 본격적으로 시작되었다.
매설배관은 지표면 아래에 매설되어 있기 때문에 검사를 위해 재료 표면에 직접 접촉해야 하는 전통적인 NDE(비파괴검사법)와는 달리, 굴착 없이 배관의 외부 상태를 파악할 수 있는 간접검사법의 필요성이 대두되고 있다.
모든 간접측정방법은 매설된 배관 외부에 생성된 피복 결함 위치 신호를 찾아 내기 위하여 지표면 위에서 전기적인 방법에 기초하고 있다.
간접측정방법 중에서 배관 전류지도법(PCM, Pipe line Current Mapper)은 배관에 교류전류를 가하는 방법을 사용하여 수신기를 지표에 접촉시켜서 탐지하는 방법이다. ACVG법 및 DCVG법은 지표면에 기준전극을 접촉시키고 배관에 AC 또는 DC전류를 가하면서 생기는 표면전위 기울기를 탐지하는 방법이다. CIPS법은 배관망을 따라서 특정 거리마다 지표 위에서 기준전극을 사용하여 배관의 전위를 측정하는 방법이다.
그러나, 종래의 간접측정방법은 1 내지 3전극을 사용하여 측정하고자 하는 위치마다 이동하여 측정함으로써 지중에 매설된 배관의 전위가 수시로 변화하는 영향을 크게 받고 측정시간도 매우 길게 소요되므로 작업의 효율성 및 정확도가 저하되는 요인이 되어 왔다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다전극(기준전극봉)을 이용하여 시간에 따라 변화하는 배관 상부 외에 주변의 전위를 다중적으로 측정함과 아울러 다전극의 조합에 의한 전위 및 전위차 정보를 구축하여 2차원적 시뮬레이션 또는 3차원적 시뮬레이션을 통해 지중 매설 배관의 피복결함 및 부식결함을 탐상할 수 있도록 한 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치를 제공함에 있다.
본 발명에 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 하우징; 상기 하우징의 하부에 소정 패턴으로 배열되는 다수의 기준전극봉; 및 상기 기준전극봉 사이의 전위차를 감지하는 전위차 감지부, 상기 감지된 신호를 증폭하고, 노이즈를 제거하며, 과입력을 제한하는 기능을 수행하는 입력신호 처리부, 상기 신호 처리된 감지신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부, 상기 디지털 신호로 변환된 정보를 저장하는 저장부, 상기 저장부에 저장된 정보를 송출하는 송출부를 포함하는 탐상모듈;로 이루어지는 전위차 탐상유닛; 그리고, 상기 하우징에 착탈 가능하게 설치되며, 상기 송출부를 통해 탐상된 결과값을 수신하는 수신부, 상기 수신부에 수신된 결과값을 분석하는 제어부, 상기 제어부에서 분석이 완료된 최종 결과값을 출력하는 디스플레이부로 이루어진 본체유닛;을 포함하되, 상기 본체유닛은 상기 하우징에 안착 설치하거나, 또는 하우징으로부터 분리하여 유무선 방식으로 상기 전위차 탐상유닛과의 데이터 수신이 가능한 것을 더 포함하며, 상기 전위차 탐상유닛의 하우징의 각 모서리에는 드론의 앙카볼트에 결합되는 결합리브가 마련된 것을 더 포함하는 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 전위차 탐상유닛의 하우징에 태양전지부가 적어도 2개 이상 직렬 또는 병렬 연결된 태양전지모듈; 및 상기 태양전지모듈과 연결케이블을 통해 연결되고, 상기 태양전지모듈과 연결된 상태에서는 항시 충전작동하여 내부의 축전지를 충전하고, 항시 충전작동 중이거나 상기 태양전지모듈과 연결이 해제된 상태에서는 출력 스위치가 온 되면 출력 작동하여 축전지에 충전된 전원을 출력단자를 통해 상기 전위차 탐상유닛으로 공급하는 충전모듈;을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 각 기준전극봉의 상단에는 나사부가 마련되어 상기 하우징의 저면에 마련되는 나사홈에 나사 결합될 수 있다.
바람직하게, 상기 전위차 탐상유닛의 하우징의 상면에는 상기 본체유닛이 안착되는 안착홈이 마련되되, 상기 안착홈의 바닥면 일측은 사선 방향으로 함몰될 수 있다.
바람직하게, 상기 전위차 탐상유닛의 하우징의 각 모서리에는 드론의 앙카볼트에 결합되는 결합리브가 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 지중에 매설된 피복배관의 직상부 및 좌우 및 전후의 전위 및 전위차를 다중적으로 측정할 수 있어서 1 내지 3 전극을 갖는 기존의 탐상장치와 비교할 때 탐상범위가 넓고, 측정값도 정확하다.
또한, 본 발명은 측정값을 2차원 또는 3차원 시뮬레이션을 통하여 부식결함 위치를 정확하게 탐상할 수 있다.
또한, 기준전극인 기준전극봉의 설치개수를 배관의 매설형태에 따라 가변할 수 있어서 측정 정밀도에 변화를 줄 수 있다.
또한, 탐상유닛과 본체유닛을 도킹 및 분리할 수 있어서 근거리 측정은 물론 원거리 측정도 가능하다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치의 분해사시도
도 2는 탐상모듈의 블록도
도 3은 하우징의 저면도
도 4는 태양전지모듈 및 충전모듈을 포함하는 블록도
도 5는 하우징과 기준전극봉의 분해 단면도
도 6은 하우징의 안착홈에 본체유닛이 삽입된 상태도 및 누름에 의해 반기립된 상태도
도 7은 본체유닛의 블록도
도 2는 탐상모듈의 블록도
도 3은 하우징의 저면도
도 4는 태양전지모듈 및 충전모듈을 포함하는 블록도
도 5는 하우징과 기준전극봉의 분해 단면도
도 6은 하우징의 안착홈에 본체유닛이 삽입된 상태도 및 누름에 의해 반기립된 상태도
도 7은 본체유닛의 블록도
아래에 개시될 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치의 분해사시도, 도 2는 탐상모듈의 블록도, 도 3은 하우징의 저면도, 도 4는 태양전지모듈 및 충전모듈을 포함하는 블록도, 도 5는 하우징과 기준전극봉의 분해 단면도, 도 6은 하우징의 안착홈에 본체유닛이 삽입된 상태도 및 누름에 의해 반기립된 상태도, 도 7은 본체유닛의 블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치(100)는 전위차를 탐상하기 위한 전위차 탐상유닛(200) 및 상기 전위치 탐상유닛과 유선 또는 무선으로 전기적으로 연결되어 있는 본체유닛(300)을 포함한다.
먼저, 전위차 탐상유닛(200)은 측정대상인 지면 상에서 지중 매설된 배관의 손상여부를 측정하기 위한 것으로, 하우징(210)과, 상기 하우징의 하부에 소정 패턴으로 배열되는 다수의 기준전극봉(220)을 포함할 수 있다.
이에 더하여 상기 하우징(210)에 내장되는 탐상모듈(230)을 더 포함하고 있는데, 상기 탐상모듈(230)은 도 2에서와 같이, 상기 기준전극봉(220) 사이의 전위차를 감지하는 전위차 감지부(231)와, 상기 감지된 신호를 증폭하고, 노이즈를 제거하며, 과입력을 제한하는 기능을 수행하는 입력신호 처리부(232)와, 상기 신호 처리된 감지신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(233)와, 상기 디지털 신호로 변환된 정보를 저장하는 저장부(234)와, 상기 저장부에 저장된 정보를 송출하는 송출부(235)로 구성될 수 있다.
여기서 주목되는 구성은, 상기 하우징(210)의 하부에 배열되는 다수의 기준전극봉(220)이 다수개로 구성되되, 바람직하게는 4~12개로 구성될 수 있으나 이에 한정하지는 않는다. 기준전극봉(220)이 다수개 설치되면 매설배관의 직상부 및 좌우 및 전후에서 전위를 다중적으로 측정할 수 있으므로 측정범위가 넓고, 정밀한 측정이 가능하게 된다.
또한, 상기 전위차 탐상유닛(200)의 하우징(210)에는 도 4에서와 같이, 태양전지부가 적어도 2개 이상 직렬 또는 병렬 연결된 태양전지모듈(240)과, 상기 태양전지모듈과 연결케이블을 통해 연결되고, 상기 태양전지모듈과 연결된 상태에서는 항시 충전작동하여 내부의 축전지를 충전하고, 항시 충전작동 중이거나 상기 태양전지모듈과 연결이 해제된 상태에서는 출력 스위치가 온 되면 출력 작동하여 축전지에 충전된 전원을 출력단자를 통해 상기 전위차 탐상유닛으로 공급하는 충전모듈(250)이 더 설치될 수 있다. 이러한 태양전지모듈(240) 및 충전모듈(250)은 전위차 탐상유닛(200)이 야외에서 사용됨을 감안한 구성이다.
참고로, 상기 태양전지모듈(240)은 태양전지를 미리 정한 크기의 직사각형이나 정사각형의 조각 셀 형상으로 스크라이빙(scribing) 작업하고 스크라이빙 된 조각 셀을 손으로 브레이킹(breaking) 작업하여 분리한 적어도 2개 이상의 조각 셀을 사용하여 태빙(tabbing)과 스트링(string), 및 솔더링(soldering) 작업을 순차적으로 수행함으로써 원하는 출력 전압 특성을 나타내는 크기의 조각 셀 모듈을 만든 후 상기 조각 셀 모듈의 후면에는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 필름과 기판을 순차적으로 적층하고 전면에는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 필름과 난반사를 유도하여 광투과율을 높이고 반사율을 낮추도록 표면이 엠보싱 처리된 폴리카보네이트(PC) 필름을 순차적으로 적층하고 진공 압축(vacuum compression) 및 열 접착하는 라미네이팅(laminating) 작업을 수행하여 만든 저반사 태양전지모듈을 적어도 2개 이상 직렬 혹은 병렬 연결하고 덮개로 포장하여 제작될 수 있다.
상기 충전모듈(250)은 상기 태양전지모듈(240)과 연결케이블을 통해 연결되고, 내부의 MCU(252)의 제어 작동에 의해 출력스위치(253)가 오프되고 상기 태양전지모듈(240)과 연결된 상태에서는 항시 충전작동하여 내부의 축전지(254)를 충전하고 항시 충전작동 중이거나 상기 태양전지모듈(240)과 연결 해제된 상태에서는 출력스위치(253)가 온 되면 방전작동하여 축전지(254)에 충전된 전원을 출력단자를 통해 전위차 탐상유닛(200)으로 공급하게 된다.
상기 충전모듈(250)의 MCU(252)는 출력스위치(253)가 오프되고 상기 태양전지모듈(240)과 연결된 상태에서는 항시 충전작동하여 연결케이블이 연결되는 입력단자를 통해 공급되는 입력 전원을 변환기(251)에 의해 축전지(254)를 충전하기 위한 충전 전원으로 변환하여 축전지(254)를 충전한다.
상기 충전모듈(250)의 MCU(252)는 항시 충전작동 중이거나 상기 태양전지모듈(240)과 연결 해제된 상태에서는 출력스위치(253)가 온 되면 방전작동하여 축전지(254)에 충전된 전원을 적어도 1개 이상의 제2 변환기(미도시)에 의해 상기 전위차 탐상유닛(200)에서 필요로 하는 전원으로 변환하여 해당 DC-DC 변환기(컨버터)(260)를 통해 전위차 탐상유닛(200)으로 공급한다.
한편, 도 3 및 5에서와 같이, 상기 각 기준전극봉(220)의 상단에는 나사부(221)가 마련되어 상기 하우징(210)의 저면에 마련되는 나사홈(211)에 나사 결합될 수 있다. 부연하면, 상기 하우징(210)의 저면에는 기본 9개의 나사홈(211)이 마련될 수 있고, 추가적으로 3개의 나사홈(211)이 더 마련될 수 있다.
따라서, 상기 나사홈(211) 전부에 기준전극봉(220)을 조립할 수도 있고, 또는 선택된 나사홈에만 기준전극봉(220)을 조립하여 사용할 수 있으므로 필요에 따라 기준전극봉의 설치개수를 가감할 수 있다.
또 한편, 도 1 및 도 6에서와 같이, 상기 전위차 탐상유닛(200)의 하우징의 상면에는 상기 본체유닛(300)이 안착되는 안착홈(212)이 마련될 수 있다. 상기 본체유닛(300)과 안착홈(212)에는 서로 상대되는 위치에 접속단자가 마련되어 있어서 안착과 동시에 전기적으로 자동 접속된다. 여기서, 상기 안착홈(212)의 바닥면 일측은 사선 방향으로 함몰된 함몰홈(212a)이 마련될 수 있는데, 이는 안착홈(212)에 안착된 본체유닛(300)을 분리하고자 할 때 유용하게 쓰일 수 있다. 즉, 본체유닛(300)의 함몰홈(212a) 부위를 누르게 되면 함몰홈에 의해 본체유닛이 반 기립상태가 되면서 안착홈으로부터 이탈되므로 본체유닛을 안착홈으로부터 손쉽게 탈거할 수 있다.
또 한편, 상기 전위차 탐상유닛(200)의 하우징(210)의 각 모서리에는 도 1에서와 같이, 드론(D)의 앙카볼트(b)에 결합되는 결합리브(213)가 마련될 수 있다. 상기 결합리브(213)는 작업자가 진입하기 어려운 곳을 탐상할 경우, 본 발명의 탐상장치를 드론(D)에 장착하여 탐상을 할 수 있는데, 이 경우 드론에 탐상장치를 결합할 수 있도록 한 구성이다.
또 한편, 상기 전위차 탐상유닛(200)의 하우징(210)의 상면에는 도 1에서와 같이, 운반의 용이성을 위해 접이식 손잡이(214)가 구비될 수 있다.
또 한편, 상기 전위차 탐상유닛(200)은 외부에서 사용하는 관계로 하우징(210)이 쉽게 손상될 수 있음을 감안하여, 하우징(210)의 표면에 표면보호용 코팅제를 일정두께로 코팅한 코팅층이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 코팅층을 이루는 표면보호용 코팅제는 전위차 탐상유닛(200)을 가혹한 환경에서 사용하더라도 녹이슬거나 또는 부식되는 등의 문제가 발생하지 않도록 방청 및 방식 역할을 한다. 여기서, 전위차 탐상유닛(200)의 하우징(210)은 표면보호 코팅제를 코팅하기 전에 코팅효율을 높이기 위하여 산부식을 이용한 에칭법, 전기화학적 처리법, 샌드 블라스팅법, 브러싱법, 실리콘 코팅법, 프라이머 코팅법으로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 방법으로 전처리할 수 있다.
상기 표면보호용 코팅제는 에폭시 수지, 아크릴계 수지, 폴리에스테르 수지, 아민계 경화제, 섬유 보강제, 안료, 무기바인더 및 무기질 세라믹을 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지는 금속구조물인 하우징과의 접착력이 우수하고, 경화 수축율이 낮아 기계적 강도가 우수한 표면 보호 코팅층을 형성하는 역할을 한다. 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시, 노볼락형 에폭시 수지, 이소시아네이트 변성 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지 등을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 에폭시 당량(g/eq) 200 내지 800인 비스페놀 A형 에폭시 수지를 포함할 수 있고, 에피클로로히드린(epichlorohydrin)과 비스페놀 A(bisphenol A)를 중합 제조하여 유연성과 내식성이 우수한 비스페놀 A형 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 수지는 금속표면 보호용 코팅제 조성물의 접착력을 향상시켜 박리 강도가 높은 표면 보호 코팅층을 형성시키고, 이로 인해, 접착력, 내수성, 방식성 등의 특성이 향상된 표면 보호 코팅층을 형성시키는 역할을 하며, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트 등의 아크릴 단량체를 이용해 제조한 것을 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 수지는 5 내지 14 중량부가 포함될 수 있는데, 상기 아크릴계 수지의 함량이 5 중량부 미만일 경우 하우징과의 접착력이 떨어지고, 14 중량부를 초과할 경우 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지는 하우징과의 접착력과 내구성을 향상시키는 역할을 하며, 에틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜 등을 대표적인 예로 들 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 10 내지 40 중량부가 포함될 수 있으며, 상기 에폭시 수지의 함량이 10 중량부 미만일 경우 접착성과 내구성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 40 중량부를 초과할 경우 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 아민계 경화제는 금속표면 보호용 코팅제 조성물에 포함된 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지를 가교시키고 분자간 가교밀도를 증가시켜 경화시키는 역할을 하며, 알킬렌폴리아민, 폴리알킬렌폴리아민 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 아민계 경화제는 5 내지 10 중량부가 포함될 수 있으며, 상기 경화제의 포함함량이 5 중량부 미만일 경우 에폭시 수지의 균일한 경화가 발생되지 않아 프라이머층의 기계적 물성이 저하되며, 10 중량부를 초과할 경우 금속 구조물과의 접착성과, 내구성 등의 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 섬유 보강제는 금속표면 보호용 코팅제 조성물에 포함된 고분자 수지와 구조적, 화학적으로 결합되어 물성이 복합화되며, 각각의 고유 물성보다 더욱 우수한 물성을 구현하는 역할을 하고, 이와 같이 섬유 보강제를 포함하는 금속표면 보호용 코팅제는 인장특성과 기계적 물성이 강화되고, 장기 내구성이 우수한 표면 보호 코팅층을 형성시킬 수 있다.
상기 섬유 보강제는 현무암 섬유(basalt fiber), 탄화규소 섬유(SiC fiber), 탄소 섬유(carbon fiber), 유리섬유(glass fiber), 압전섬유(piezoelectric fiber) 또는 이들의 혼합물 등을 대표적인 예로 들 수 있으며, 상기 섬유 보강제는 길이가 0.01 ~ 10 mm이고, 직경이 1 ~ 30 ㎛인 것을 사용할 수 있다.
상기 섬유 보강제는 15 내지 20 중량부가 혼합할 수 있고, 상기 섬유 보강제의 함량이 15 중량부 미만일 경우 물성 향상이 크게 증가하지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 20 중량부를 초과할 경우 접착력이 감소되어 표면 보호 코팅층이 쉽게 박리되는 문제가 발생할 수 있다.
특히, 상기 섬유 보강제는 금속표면 보호용 코팅제 조성물에 혼합하기 전에 에폭시 수지 용액에 함침시킨 것을 사용할 수 있으며, 상기와 같이 에폭시 수지에 함침시켜 제조한 현무암 섬유는 금속표면 보호용 코팅제에서 결합력과 분산성이 향상되어 균일한 물성을 나타내는 금속표면 보호용 코팅제를 득할 수 있다.
상기 안료는 이산화티탄, 비스무스 바나데이트, 시아닌 그린, 카본 블랙, 산화철적, 산화철황, 네이비 블루, 시아닌 블루 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 탈크, 장석, 바륨설페이트, 실리카, 수산화알루미나, 이산화티탄, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 운모, 올라스토나이트(wollastonite), 탈크 또는 이들의 혼합물과 같이 인체 유해성분을 배출하지 않는 회백색의 세라믹 안료를 포함할 수 있다.
상기 안료는 3 내지 8 중량부가 혼합될 수 있으며, 상기 안료의 함량이 3 중량부 미만일 경우 색상 부여가 어렵고, 8 중량부를 초과할 경우 코팅층의 은폐력이 충분히 확보되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
상기 무기질 세라믹은 졸 상태의 무기바인더와 겔 상태의 무기바인더를 1:1 ~ 1.1:0.7의 중량비로 혼합한 무기바인더 12 중량부 및 아연 아세테이트와 에탄올을 1~4 : 1~8의 몰비로 혼합 교반하여 pH 2~3의 솔(sol)을 취득한 후, 상기 솔에 무기질 세라믹 전체 중량의 0.05 ~ 5 중량부의 글리시돌과, 무기질 세라믹 전체 중량의 0.005 ~ 6 중량부의 축합제를 첨가하고, 30 ~ 50분 동안 반응시켜서 취득되는 것을 적용한다.
이러한 무기질 세라믹은 천연 소재를 사용하되, 다른 소재와의 결속력이 높고, 도막의 경도와 내마모성, 내열성과 내용제성 등의 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 무기질 세라믹은 중금속이나 방향족 화합물을 포함하지 않으며, 자연 속에 녹아있는 무기물을 바인더로 사용한다. 이러한 천연 무기 바인더로는 졸 또는 겔 상태의 무기 바인더로서, 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 또는 이의 혼합물을 선택 사용할 수 있다. 이와 같이 기존의 표면처리제에 사용하던 것과는 달리 천연물을 사용하게 되므로 환경호르몬 방출 같은 인체에 대한 유해함 등의 문제점을 야기하지 않으며, 천연물의 사용으로 작업환경 개선에 탁월한 특성을 나타낸다.
특히, 상기 무기 바인더는 졸 상태의 무기 바인더와 겔 상태의 무기바인더를 특정비율로 혼합하여 다양한 물성을 나타내는 조성물을 제조할 수 있게 된다.
예를 들어, 졸 상태의 무기 바인더의 함량이 높으면 도막은 형성되나 경도가 매우 높게 이루어져 깨어지지 쉬운 특성이 더욱 크게 나타나고, 겔 상태의 무기바인더의 함량이 높으면 도막이 부서지기 쉽고 도막의 형성이 안 되는 등의 문제점이 더욱 크게 나타난다. 졸 상태의 무기 바인더와 겔 상태의 무기 바인더의 함량비를 1:1 내지 1.1:0.7의 중량비 범위로 하는 것이 바람직하며, 졸 함량이 상기 범위를 벗어나 많아지면 소프트 한 경화나 미경화 현상이 발생할 수 있고, 겔의 함량이 상기 범위를 벗어나 많아지면 크랙이나 브리틀(brittle)한 상태의 도막이 형성되므로 바람직하지 않다. 상기한 범위를 만족시킬 경우 유리나 석영, 합금을 포함하는 금속 등의 소재, 플라스틱 소재 등의 다양한 소재에 적용하고자 할 경우에는 대체적으로 좋다. 또한, 특히 높은 내열성이나, 경도 및 내마모성을 요구하는 제품에 적용할 경우에도 좋다.
또한, 상기 무기질 세라믹은 아연 아세테이트(Zinc acetate):에탄올(ethanol) = 1~4:1~8의 몰비로 혼합하고 교반하여 pH 2~3의 투명한 쏠(sol)을 얻어내고, 상기 쏠에 유기 단량체인 글리시돌(Glycidol)을 무기질 세라믹 전체 중량비의 0.05 ~ 5 중량부를 첨가하며, 축합제로서 무기질 세라믹 전체 중량의 0.005 ~ 6 중량부를 첨가하여 30 ~ 60℃에서 30 ~ 40분 동안 반응시켜서 취득될 수 있다.
한편, 상기한 표면보호용 코팅제는 가교제를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 가교제는 알콕시 실란, 아미노 실란, 에폭시 실란, 비닐 실란, 메르캅토 실린 중에서 선택된 하나 또는 그 이상의 혼합물로 구성될 수 있다.
이하, 상기한 표면보호용 코팅제를 실시예를 들어 상세히 설명한다.
상기 하우징과 동일한 금속 구조물 시편(10×10cm)을 마련하고, 시편의 표면을 샌드 블라스팅 방법으로 1차 전처리하였다. 1차 전처리한 시편의 표면에 프라이머층 코팅한 다음 30시간 동안 경화시켜 표면에 건도 도막의 두께가 20 ~ 30㎛인 프라이머층을 형성하였고,
프라이머층이 형성된 시편에 에폭시 당량(g/eq) 450인 비스페놀 A형 에폭시 수지 50중량부, 아크릴 수지 10중량부, 폴리에스테르 30중량부, 트리메틸헥사메틸렌디아민 경화제 8 중량부, 현무암 섬유 18 중량부, 무기질 세라믹 32 중량부를 포함하는 금속표면 보호용 코팅제 조성물을 코팅한 다음 40시간 동안 경화시켜 시편의 표면에 건도 도막의 두께가 340 내지 350 ㎛인 표면 보호 코팅층을 형성시켰다.
여기서, 상기 무기질 세라믹은 졸 또는 겔 상태의 무기 바인더에 물과 에탄올을 투입한 후 저속으로 교반하되, 교반속도는 200 내지 300 rpm, 교반시간은 1시간으로 하였다.
프라이머층을 형성시키지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시편의 표면에 건도 도막의 두께가 340 내지 350 ㎛인 표면 보호 코팅층을 형성시켰다.
15 중량부의 현무암 섬유를 포함하는 금속표면 보호용 코팅제를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 시편의 표면에 표면 보호 코팅층을 형성시켰다.
[비교예 1]
현무암 섬유를 포함하지 않는 금속표면 보호용 코팅제를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 시편의 표면에 건도 도막의 두께가 200 내지 50 ㎛인 표면 보호 코팅층을 형성시켰다.
[비교예 2]
2 중량부의 현무암 섬유를 포함하는 금속표면 보호용 코팅제를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 시편의 표면에 표면 보호 코팅층을 형성시켰다.
[실험예]
아래의 [표 1]은 미국수도협회(AWWA C222-99)의 규격에 규정된 시험 기준에 따라 시험하여, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에 따른 방법으로 금속시편의 표면에 코팅된 표면보호 코팅층의 물성을 평가한 것이다.
| 성분 (단위:g) |
실시예 |
비교예 | |||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | |
| 부착강도(psi) | 2830 | 2154 | 2230 | 1254 | 1711 |
| 내충격성 | 우수 | 우수 | 우수 | 불량 | 우수 |
| 내마모성 (CS-17 Wheel, 1kg, 500회전) |
9mg | 12mg | 15mg | 31mg | 22mg |
| 내산성 (상온 30일 동안 염화나트륨에 침적, 중량변화율, %) |
0.25 | 0.46 | 0.71 | 1.9 | 0.98 |
| 쇼어경도 | 85 | 82 | 75 | 62 | 66 |
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 따른 방법으로 금속 시편에 형성시킨 표면 보호 코팅층은 부착강도가 높고, 내충격성, 내마모성, 쇼어 경도 등이 우수하여 기계적 물성이 우수하여 장기간 안정적으로 활용이 가능하다는 사실을 확인할 수 있었다.특히, 섬유 보강제인 현무암 섬유를 포함하지 않은 비교예 1의 표면 보호 코팅층의 물성이 가장 낮은 것을 확인할 수 있었으며, 현무암 섬유를 혼합하여 형성시킨 표면 보호 코팅층은 물성이 향상된 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
다른 예로서, 상기 하우징의 표면에는 오염방지를 위하여 내오염 코팅제가 코팅될 수 있다.
상기 코팅제는 폴리올 20~30중량%, 플루오르알콜 또는 실란올 중에서 선택되는 하나 이상의 기능성 알콜 15~20중량%, 이소시아네이트 15~25중량%, 블록화제 5~8중량%, 체질안료 20~40중량%, 아민 단량체 3~10중량%, 첨가제 1~3중량% 및 유기금속 촉매 1~3중량%가 포함될 수 있다.
상기 폴리올은 조성물에 인장강도, 인열강도, 내마모성 등의 기능을 부여하기 위하여 첨가되는 물질로서, 바람직하게는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜 및 폴리이소프렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 하나 이상을 선택할 수 있다. 이 때, 상기 폴리올이 조성물 전체 중량에 대하여 20중량% 미만으로 포함시에는 조성물의 점도상승으로 인해 작업성이 떨어지고 30 중량%를 초과하여 포함하는 경우에는 경화에 의하여 형성된 도막의 기계적 물성이 현저하게 떨어져 작업성 및 도막 강도의 저하를 가져올 수 있으므로, 20 내지 30 중량%의 범위로 포함되도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 폴리올은 KPX 케미칼사의 PP-3000 및 GP-4000을 혼합하여 사용하였다.
상기 기능성 알콜은 플루오르알콜 또는 실란올 중에서 선택되는 하나 이상의 알콜류로서, 폴리우레아 조성물에 내마모성, 내후성, 내오염성을 부여하기 위하여 첨가된다. 따라서 상기 기능성 알콜이 포함됨으로써 조성물에 난연성을 부여됨은 물론이고 내열성, 내한성, 내후성 및 내노화성 등의 기계적 물성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
상기 기능성 알콜 중 플루오르 알콜은 플루오르알킬기(CnF2n+1)의 말단에 OH가 결합된 구조를 갖는 화합물로서, 구체적인 예를 들면 2,2,2-트리플루오르에탄올, 2,2,3,3-테트라플루오르-1-프로판올, 2,2,3,3,3-펜타플루오르-1-프로판올, 2,2,3,4,4,4-헥사플루오르-1-부탄올, 2,2,3,3,4,4,4-헵타플루오르-1-부탄올, 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오르-1-펜탄올, 2,2,3,3,4,4,5,5,5-노난플루오르-1-펜탄올, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8-펜타데카플루오르-1-옥탄올, 4-플루오르-α-메틸벤질 알콜을 사용할 수 있다. 또한 상기 기능성 알콜 중 실란올은 트리메틸실란올, 트리페닐 실란올, 메틸 페닐 비닐 실란올, 에틸 벤질 비닐 실란올, 디부틸 비닐 실란올, 프로필 페닐알릴 실란올, 에틸 벤질 알릴 실란올 중 선택되는 하나 이상의 실란올 단량체로서 순도가 80~100%인 것을 사용할 수 있다.
이때, 상기 기능성 알콜은 조성물 전체 중량에 대하여 15~20 중량% 범위로 포함되도록 한다. 15 중량% 미만으로 포함시 본 발명에서 요구되는 내후성, 내오염성 및 기계적 물성의 부여 효과가 미미하고, 20 중량%를 초과하여 포함하는 경우에는 점도가 상승하고, 상대적으로 다른 조성물의 함량이 적어지므로 원하는 물성을 얻기가 어렵게 되는 문제점이 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기능성 알콜은 Aldrich사의 순도가 98~100%인 4-플루오르-a-메틸벤질 알콜 또는 순도 80~100%의 트리메틸 실란올을 단독 또는 혼합하여 사용하였다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 이소시아네이트는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 트라이머(HDT), 이소포론 디이소시아네이트 (Isophorone Diisocyanate,IPDI), 시클로헥실메탄디이소시아네이트(Cyclohexylmethanediisocyanate, H12MDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI) 및 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 이소시아네이트 혹은 NCO 함량이 높아질수록 경도가 높아지거나 반응 조절이 어려우므로 상기 이소시아네이트의 NCO 함량은 5~10%인 것이 바람직하다. 또한 상기 이소시아네이트의 함량은 15~25 중량%로 포함시키는 것이 바람직한 바, 상기 이소시아네이트가 15 중량%미만으로 포함되면 조성물의 점도가 높아지고 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있으며, 25 중량%를 초과하는 경우에는 조성물의 점도가 낮아지며 접착력이 낮아지고 경도가 증가되어 바람직하지 않기 때문이다.
상기 본체유닛(300)은 도 7에서와 같이, 상기 하우징(210)에 착탈 가능하게 설치되며, 상기 송출부를 통해 탐상된 결과값을 수신하는 수신부(310)와, 상기 수신부에 수신된 결과값을 분석하는 제어부(320)와, 상기 제어부에서 분석이 완료된 최종 결과값을 출력하는 디스플레이부(330)로 구성될 수 있다.
상기 본체유닛(300)은 앞서 설명한 바 있듯이, 상기 하우징(210)에 안착시켜서 일체형 상태로 사용할 수도 있고, 하우징(210)의 안착홈(212)으로부터 분리하여 사용할 수도 있다. 이 경우, 상기 본체유닛(300)은 상기 전위차 탐상유닛(200)과 유선으로 연결하여 전위차 탐상유닛으로부터 탐상된 데이터를 수신할 수 있고, 이와는 달리 무선으로도 수신할 수 있다.
한편, 상기 본체유닛(300)에는 상기 탐상된 결과값에 따라 부식 결함의 위치를 특정하기 할 수 있는 2차원적 시뮬레이션 또는 3차원적 시뮬레이션 프로그램을 실행하기 위한 실행부가 마련될 수 있으며, 상기 디스플레이부(330)를 통해 그래픽으로 표현될 수 있다.
상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 기재한 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음을 명시한다.
100 : 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치 200 : 전위차 탐상유닛
210 : 하우징 211 : 나사홈
212 : 안착홈 213 : 결합리브
220 : 기준전극봉 230 : 탐상모듈
231 : 전위차 감지부 232 : 입력선 처리부
233 : A/D변환부 234 : 저장부
235 : 송출부 240 : 태양전지모듈
250 : 충전모듈 251 : 변환기
252 : MCU 253 : 출력스위치
254 : 축전지 260 : DC-DC 변환기
300 : 본체유닛 310 : 수신부
320 : 제어부 330 : 디스플레이부
210 : 하우징 211 : 나사홈
212 : 안착홈 213 : 결합리브
220 : 기준전극봉 230 : 탐상모듈
231 : 전위차 감지부 232 : 입력선 처리부
233 : A/D변환부 234 : 저장부
235 : 송출부 240 : 태양전지모듈
250 : 충전모듈 251 : 변환기
252 : MCU 253 : 출력스위치
254 : 축전지 260 : DC-DC 변환기
300 : 본체유닛 310 : 수신부
320 : 제어부 330 : 디스플레이부
Claims (5)
- 하우징; 상기 하우징의 하부에 소정 패턴으로 배열되는 다수의 기준전극봉; 및 상기 기준전극봉 사이의 전위차를 감지하는 전위차 감지부, 상기 감지된 신호를 증폭하고, 노이즈를 제거하며, 과입력을 제한하는 기능을 수행하는 입력신호 처리부, 상기 신호 처리된 감지신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부, 상기 디지털 신호로 변환된 정보를 저장하는 저장부, 상기 저장부에 저장된 정보를 송출하는 송출부를 포함하는 탐상모듈;로 이루어지는 전위차 탐상유닛; 그리고,
상기 하우징에 착탈 가능하게 설치되며, 상기 송출부를 통해 탐상된 결과값을 수신하는 수신부, 상기 수신부에 수신된 결과값을 분석하는 제어부, 상기 제어부에서 분석이 완료된 최종 결과값을 출력하는 디스플레이부로 이루어진 본체유닛;을 포함하되,
상기 본체유닛은 상기 하우징에 안착 설치하거나, 또는 하우징으로부터 분리하여 유무선 방식으로 상기 전위차 탐상유닛과의 데이터 수신이 가능한 것을 더 포함하며,
상기 전위차 탐상유닛의 하우징의 각 모서리에는 드론의 앙카볼트에 결합되는 결합리브가 마련된 것을 더 포함하는 지중 매설배관의 피복결함 탐상장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전위차 탐상유닛의 하우징에 태양전지부가 적어도 2개 이상 직렬 또는 병렬 연결된 태양전지모듈; 및
상기 태양전지모듈과 연결케이블을 통해 연결되고, 상기 태양전지모듈과 연결된 상태에서는 항시 충전작동하여 내부의 축전지를 충전하고, 항시 충전작동 중이거나 상기 태양전지모듈과 연결이 해제된 상태에서는 출력 스위치가 온 되면 출력 작동하여 축전지에 충전된 전원을 출력단자를 통해 상기 전위차 탐상유닛으로 공급하는 충전모듈;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 각 기준전극봉의 상단에는 나사부가 마련되어 상기 하우징의 저면에 마련되는 나사홈에 나사 결합된 것을 특징으로 하는 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전위차 탐상유닛의 하우징의 상면에는 상기 본체유닛이 안착되는 안착홈이 마련되되, 상기 안착홈의 바닥면 일측은 사선 방향으로 함몰된 것을 특징으로 하는 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치.
- 삭제
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| KR1020190070720A KR102038466B1 (ko) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치 |
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ID=68463158
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|---|---|---|---|
| KR1020190070720A KR102038466B1 (ko) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 지중 매설 배관의 피복결함 탐상장치 |
Country Status (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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