KR102200486B1

KR102200486B1 - 방폭형 잔류 염소농도 측정장치

Info

Publication number: KR102200486B1
Application number: KR1020190026178A
Authority: KR
Inventors: 박규원; 김성태; 권경안; 이광호
Original assignee: (주) 테크로스
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2021-01-08
Also published as: WO2020179997A1; KR20200107285A

Abstract

본 발명은 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 관한 것으로, 발광부와 수광부를 구비하고, 샘플수가 유입되는 샘플수 유입관 및 측정이 완료된 샘플수가 배출되는 샘플수 배출관이 설치되는 측정부; 측정부로 시약을 유입하도록 시약유입관이 구비되는 시약저장부; 발광부에서 생성된 빛이 샘플수를 투과한 후, 수광부에서 수신되는 신호를 근거로 샘플수의 산화제 농도를 측정하는 제어부; 샘플수 유입관 및 샘플수 배출관에 각각 설치되는 유입밸브 및 배출밸브; 및 시약의 유입을 제어하도록 시약유입관에 설치되는 시약주입수단;을 포함하고, 유입밸브, 배출밸브 및 시약주입수단은 몰드방폭구조로 구성되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치 구성됨으로써, 공기 입력이 필요 없고 유지보수가 편리한 효과가 있다.

Description

방폭형 잔류 염소농도 측정장치{Explosion proof TRO measuring apparatus}

본 발명은 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 선박의 위험구역에 설치할 수 있도록 하는 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 해상에서 운송하는 화물 선박은 유사한 화물의 상호 교환을 위하여 왕복 항해하는 선박을 제외하고는 대부분 편도 운항을 한다. 그리고, 편도 운항을 만재 상태로 항해한 후 귀환 항해 시에는 선박의 균형, 안전성 및 조종 성능 향상 등을 위하여 선박평형수(ballast water)를 선내로 유입하여 밸러스트 상태로 항해를 하게 된다.

이때, 선박평형수는 한 항구에서 채워져서 다른 곳으로 이송되어, 거기서 새로운 항구 내에 배출된다. 이와 같이, 먼 위치로부터 실려져 온 선박평형수에 포함된 해양 생물 및 병원균의 방출은 새로운 환경에 유해할 뿐만 아니라, 새로운 항구에서도 사람과 동물 모두에게 위험할 수 있다.

비-천연적인 해양 생물을 신규 생태계로 도입시키면, 신규 종에 대해 자연적인 방어체계를 지니고 있지 않을 수 있는 천연 식물군 및 동물군에게 파괴적인 효과를 미칠 수 있다. 또한, 콜레라와 같은 해로운 세균성 병원균이 원래의 항구에 존재할 수 있다. 이러한 병원균은 시간이 지남에 따라 밸러스트 탱크 내에서 증식되어, 이들이 방출되는 영역에서 질병을 발생시킬 수 있다.

이러한 해양 생물 및 병원균에 의해 제기되는 위험은 선박평형수 내에 존재하는 상기한 종들을 치사(致死)시켜 조절할 수 있다.

선박평형수를 살균 처리하는데 주로 전기 분해 방식을 이용하는데, 전기 분해 방식을 이용한 선박평형수 처리시스템은 밸러스트 수의 TRO 측정하기 위한 TRO 센서를 구비하고 있다.

여기서 "TRO"는 "Total Residual Oxidant"의 약어로서, 밸러스트 수에 존재하는 전체 잔류 산화제를 의미하며, 통상적으로 전기 분해 과정을 통하여 발생하는 염소가 밸러스트 수 내의 수중 생물을 산화시키고 남은 염소의 잔류 염소 수치를 측정하여 구한다. TRO는 바닷물이나 염분이 섞여있는 물을 전기분해 또는 염소 소독할 경우 활성 염소 대신 브로민 등의 원자로 대체되어 여러 종류의 산화제가 공존하게 되는데, 이때 존재하는 모든 활성 산화제를 가리킨다.

전술한 TRO센서는 선박이 항해하는 경로에 따라 담수, 해수 등 다양한 수질 조건에서 작동해야 하기 때문에, 수질변화에 덜 민감한 DPD 시약을 이용한 TRO 센서를 주로 사용한다.

DPD방식 TRO센서는 시약통에서 측정부에 시약을 주입하기 위해 이송 펌프를 포함하고 있을 뿐만 아니라, 이송 펌프를 통한 시약의 이송시에 역류를 막기 위해 공급관에 체크밸브 등을 포함하고 있어 구성이 매우 복잡하다.

또한, DPD방식 TRO센서를 선박의 위험구역에 설치하기 위해서는 폭발을 방지하는 방폭구조를 갖도록 설계되어야 하고, 방폭구조에 대한 인증절차를 거쳐야 한다.

방폭구조는 본질안전방폭, 압력방폭, 내압방폭, 안전증방폭 등이 있다.

먼저, 본질안전방폭구조를 DPD방식 TRO센서에 적용할 경우, TRO센서 내부에 솔레노이드 밸브와 전자회로를 포함하여 상당한 전력이 소모되기 때문에 본질안전방폭 iic 등급(수소 환경)을 받기 위한 24V 사용 시 170mA 이하(저항성 부하일 때) 소모 기준(소비전력 4.08W 이하)을 만족시키기 어려운 문제점이 있다.

압력방폭구조의 경우, 불활성 기체를 주입하는 퍼지 시스템이 추가로 설치되어야 하고, 고장을 방지하기 위해 수분, 유분이 제거된 공기를 주입하여야 하며, 에어 벤트(Air vent)가 가능하고 진동이 적은 곳 등에 설치되어야 하는 제약이 있다. 또한, 퍼지 시스템의 가격이 비싸고 선박 환경에서 고장이 잘 발생하는 문제점이 있다.

내압방폭구조의 경우, 폭발시 압력을 견뎌야 하기 때문에 견고한 하우징으로 구성되는데, DPD시약을 교체할 때 TRO센서 장치를 해체해야 하기 때문에 유지보수가 불편하고, 하우징 가격이 비싼 문제점이 있다.

한국등록특허공보 제10-1722718호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 선박의 위험구역에 설치할 수 있는 방폭형 잔류 염소농도 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 일측면에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치는, 발광부와 수광부를 구비하고, 샘플수가 유입되는 샘플수 유입관 및 측정이 완료된 샘플수가 배출되는 샘플수 배출관이 설치되는 측정부; 측정부로 시약을 유입하도록 시약유입관이 구비되는 시약저장부; 발광부에서 생성된 빛이 샘플수를 투과한 후, 수광부에서 수신되는 신호를 근거로 샘플수의 산화제 농도를 측정하는 제어부; 샘플수 유입관 및 샘플수 배출관에 각각 설치되는 유입밸브 및 배출밸브; 및 시약의 유입을 제어하도록 시약유입관에 설치되는 시약주입수단;을 포함하고, 유입밸브, 배출밸브 및 시약주입수단은 몰드방폭구조로 구성된다.

여기서, 제어부는, 본질안전방폭구조로 구성될 수 있다.

또한, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치는, 제어부에서 신호를 수신하여 유입밸브, 배출밸브 및 시약주입수단을 구동하는 구동부를 더 포함하고, 구동부는 몰드방폭구조로 구성될 수 있다.

시약주입수단은, 연동펌프로 구성될 수 있다.

또한, 제어부는, 제1전원부와 연결되고, 제1전원부와 제어부 사이에는 배리어(barrier) 또는 아이솔레이터(galvanic isolator)가 설치되고, 배리어 또는 아이솔레이터는 안전구역에 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 구동부는, 제1전원부와는 상이한, 제2전원부와 연결될 수 있다.

또한, 구동부는, 제어부의 제어신호를 수신하여 유입밸브, 배출밸브 및 시약주입수단에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 측정부는, 빛이 통과할 수 있는 투명 재질로 형성될 수 있다.

또한, 발광부는 백색 LED로 구성되고, 수광부는 RGB 센서로 구성될 수 있다.

또한, 시약유입관은, 내화학성 튜브로 구성될 수 있다.

또한, 측정부는, 샘플수의 충수(充水)여부는, RGB 센서의 RED 영역을 사용하여 측정하고, 샘플수의 잔류염소 농도는, RGB 센서의 GREEN 영역을 사용하여 측정하도록 구성될 수 있다.

제어부는, 유입밸브가 개방된 이후, 측정부에 샘플수가 차지 않으면 샘플수가 유입되지 않는 것으로 파악하여 알람을 발생시키도록 구성될 수 있고/있거나, 배출밸브가 개방된 이후, 측정부의 샘플수가 배출되지 않으면 알람을 발생시키도록 구성될 수 있다.

또한, 제어부는, 측정부에 주입된 시약이 잘 섞이도록 유입밸브가 개방/폐쇄를 반복하며 측정부에 샘플수가 유입되도록 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치는, 발광부와 수광부를 구비하고, 샘플수가 유입되는 샘플수 유입관 및 측정이 완료된 샘플수가 배출되는 샘플수 배출관이 설치되는 측정부; 측정부로 시약을 유입하도록 시약유입관이 구비되는, 시약저장부; 발광부에서 생성된 빛이 샘플수를 투과한 후, 수광부에서 수신되는 신호를 근거로 샘플수의 산화제 농도를 측정하는 제어부; 샘플수 유입관 및 샘플수 배출관에 각각 설치되는 유입밸브 및 배출밸브; 시약유입관에 설치되는 시약조절밸브; 및 측정부 내부가 자연압을 유지하도록 측정부에 구비되는 벤트부(Vent);를 포함하고, 유입밸브, 배출밸브 및 시약조절밸브는 몰드방폭구조로 구성될 수 있다.

여기서, 시약저장부는, 자연압에 의해 측정부로 시약이 주입되도록 측정부보다 높은 위치에 설치될 수 있다.

또한, 시약조절밸브는, 핀치밸브(Pinch Valve)로 구성될 수 있다.

또한, 시약저장부는, 시약을 저장하도록 내부에 저장공간이 형성되고, 일측에 개방부가 구비되는 몸체; 몸체의 개방부에 개폐가능하도록 설치되는 뚜껑; 및 일단이 뚜껑에 연결되고, 타단은 시약유입관과 연결되는 탄성튜브;를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면 제어부는 본질안전방폭구조로 구성하고, 유입밸브, 배출밸브 및 시약주입수단은 몰드방폭구조로 구성함으로써 구성요소별 특성 및 조작성을 고려한 복합적인 방폭구조를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 측정부보다 시약저장부의 위치를 높게 해서 자연압으로 시약이 투입되도록 함으로써 구조를 단순화하여 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 일정한 압력(자연압)으로 시약이 공급되도록 함으로써 시약의 투입량이 일정하게 유지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 시약저장부의 뚜껑에 탄성을 갖는 튜브를 연결하여 시약저장부가 정립(正立) 상태에서 시약을 교체한 후 탄성에 의해 역립(逆立) 상태를 유지하며 시약이 공급되도록 구성함으로써 시약 교체 작업을 용이하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치를 도시한 구성도이고,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 구비된 시약조절밸브를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 구비된 배리어(barrier)를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 구비된 아이솔레이터(isolator)를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 구비된 시약저장부 및 측정부를 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치를 도시한 구성도이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 구비된 연동펌프를 도시한 것이고,
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 구비된 수광부의 상대 반응도(Relative Responsivity)를 도시한 그래프이고,
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 잔류 염소농도 측정방법을 도시한 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 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. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치를 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)은, 샘플수의 잔류 염소 농도를 측정하는 측정부(110)와, 시약을 보관하고 있다가 상기 측정부(110)로 시약을 주입하는 시약저장부(130)와, 측정부(110)에서 측정된 센싱정보에 따라 제어신호를 생성하는 제어부(150)와, 제어부(150)의 제어신호에 따라 밸브들을 개방 또는 폐쇄시키는 구동부(170)를 포함한다.

측정부(110)는, 양 측면부에 발광부(111)와 수광부(113)이 각각 마주보도록 설치된다. 또한, 상기 측정부(110)는, 빛이 통과할 수 있는 투명 재질로 형성되어 발광부(111)에서 생성된 빛이 측정부(110)를 관통하여 수광부(113)에 도달할 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 발광부(111)는 3채널 파장대역을 모두 측정하기 위해 백색 LED로 구성될 수 있다. 또한, 상기 수광부(113)는 Red, Green, Blue에 해당하는 color filter를 구비한 RGB 센서로 구성되어 3채널의 파장 모두를 인식할 수 있도록 구성된다. 3개의 파장 대역을 확인하므로 DPD로 발색된 산화제의 농도를 측정하는데 있어서 정확도를 높일 수 있고, 서로 다른 색으로 발색하는 다양한 종류의 시약에 하나의 기기로 모두 대응할 수 있는 장점을 지닐 수 있다.

이와 같은 구성을 통해 발광부(111)의 백색 LED가 온(On)되면 수광부(113)의 RGB 센서에서 투과된 빛의 세기(광량)를 측정하여 잔류 염소 농도를 측정할 수 있게 된다.

상기 측정부(110)는, 샘플수가 유입되도록 샘플수 유입관(121)이 설치되고, 측정이 완료된 샘플수가 배출되도록 샘플수 배출관(125)이 설치된다.

또한, 샘플수 유입관(121)에는 유입밸브(123)가 설치되고, 샘플수 배출관(125)에는 배출밸브(127)가 설치됨으로써 시약저장부(130)에서 유입된 시약이 샘플수와 반응된 후에 원활히 배출될 수 있도록 구성한다.

본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)는, 선박평형수에 투입되는 산화제를 측정하는 여러가지 방식의 장치중에 DPD(diethyl-p-phenylende diamine) 시약을 측정 대상 선박평형수에 반응시켜 잔류 산화제의 농도를 측정하는 방식을 적용한다.

이와 같은 DPD방식의 TRO측정장치는, 처리된 선박평형수의 일부를 채취한 후 DPD 시약을 투입하여 산화물질 농도를 측정하기 때문에 DPD 시약을 보관하기 위한 시약저장부(130)을 구성요소로 한다. DPD 시약은 완충(Buffer) 용액과 혼합되어 측정부(110)로 주입되는데, DPD 시약과 Buffer 용액이 하나의 용기에 혼합되어 보관될 수도 있으나, 각각 별도의 용기에 보관되는 것이 보관상 바람직하다.

또한, 상기 시약저장부(130)는 일정온도로 유지되는 온도유지수단(미도시)를 추가적으로 구비하여 시약의 반응성과 시약의 유효기간을 증가시킬 수도 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)는, 자연압에 의해 측정부(110)로 시약이 주입되도록 시약저장부(130)를 측정부(110)보다 높은 위치에 설치한다.

또한, 시약저장부(130)에 보관된 DPD 시약이 샘플수를 담는 측정부(110)로 원활히 공급되도록 시약저장부(130)와 측정부(110) 사이에는 시약유입관(141)이 설치되고, 시약유입관(141)에는 시약의 유입 흐름을 제어하도록 시약조절밸브(143)가 설치될 수 있다.

시약저장부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 복수개가 구비될 수 있다. 제1 시약저장부(130a) 및 제2 시약저장부(130b)에 모두 시약을 저장하도록 구성함으로써, 제1 시약저장부(130a)의 시약이 모두 소비되더라도 예비적으로 제2 시약저장부(130b)를 통해 시약이 공급될 수 있기 때문에 연속적인 시약 공급이 가능해진다.

여기서, 시약유입관(141)은 공급되는 시약에 의해 부식, 파손되는 것을 방지하도록 내화학성 튜브로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)는, 유입밸브(123), 배출밸브(127) 및 시약조절밸브(143a,143b)가 포함되어 있는데, 선박의 위험구역에 설치가능한 방폭구조를 갖도록 몰드방폭구조로 구성될 수 있다.

여기서, 몰드방폭(encapsulation)구조는, 스파크가 발생할 수 있는 전기적인 부분을 컴파운드(compound)로 둘러쌓아 폭발성 위험기체와의 접촉 자체를 막도록 하는 것이다. 컴파운드는 열경화성(thermosetting), 열가소성(thermoplastic), 또는 에폭시(epoxy) 수지 등을 냉경화(cold curing)시켜 고체상태로 만들어 사용하고, 컴파운드들의 온도범위는 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)의 최대작동온도보다 높도록 설계한다.

유입밸브(123), 배출밸브(127) 및 시약조절밸브(143a,143b)는, 솔레노이드 밸브로 구성될 경우, 솔레노이드 밸브의 소비전력이 2W이상이기 때문에 동시에 밸브 4개가 구동될 때 8W를 초과하여 본질안전방폭구조의 기준을 만족할 수 없게 된다. 따라서, 유입밸브(123), 배출밸브(127) 및 시약조절밸브(143a,143b)가 솔레노이드 밸브로 구성될 경우, 개폐조작은 밸브에서 직접 수행하지 않고, 제어부(150)에서 수행할 수 있기 때문에 밀폐형 방폭구조인 몰드방폭구조로 설계하는 것이 바람직하다.

여기서, 시약조절밸브(143)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 핀치 밸브(Pinch Valve)로 구성할 수 있다. 핀치 밸브로 구성된 시약조절밸브(143)는 탄성체(145)를 상하 2 개의 바(Bar,144)로 눌러 주었다가 띄어주었다 하면서 밸브 개폐를 조정하는 장치로서, 이송되는 유체는 오로지 탄성체(145) 내부에만 접액이 되며 어떠한 구동파트도 접액이 되지 않기 때문에 밸브와 시약이 접촉하지 않아 밸브의 부식 우려가 없고, 내구성이 향상되어 유지, 보수 비용을 최소화할 수 있게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)는, 도 1의 측정부(110) 및 시약저장부(130) 중 적어도 하나에는 에어 벤트부(미도시)가 형성될 수 있다. 이를 통해 측정부(110)에 가해지는 압력이 자연압으로 유지되게 되고, 시약과 샘플수가 원활하게 유입, 배출될 수 있다. 이와 같이 일정한 압력(자연압)으로 시약이 공급되도록 함으로써 시약의 투입량이 일정하게 유지될 수 있게 된다.

여기서, 에어 벤트부(미도시)는 벤트홀의 형태로 형성될 수도 있지만, 도 1에 도시된 바와 같이 측정부(110)와 연결되는 오버플로우관(160)을 통해 에어 벤트의 기능을 수행하도록 구성할 수도 있다.

이 때, 오버플로우관(160)은 측정부(110) 내의 샘플수가 넘칠 때 배출시키는 오버플로우 기능과 에어 벤트 기능을 동시에 수행할 수 있게 된다. 오버플로우관(160)이 에어 벤트 기능을 잘 수행하도록 오버플로우관(160)은 측정부(110)의 상측단에 연결되는 것이 바람직하다.

제어부(150)는, 발광부(111)에서 생성된 빛이 샘플수를 투과한 후 수광부(113)에서 수신되는 신호를 근거로 상기 샘플수의 잔류 염소 농도를 측정하게 된다.

여기서, 제어부(150)는, 유입밸브(123)가 개방후 측정부(110)에 샘플수가 차지 않으면 샘플수가 유입되지 않는 것으로 파악하여 알람을 발생시킬 수 있으며, 배출밸브(127)가 개방후 측정부(110)의 샘플수가 배출되지 않으면 알람을 발생시킬 수 있다. 제어부(150)은 측정부(110)가 빈 상태에서 발광부(111)를 켜고 수광부(113)에서 측정된 광량을 저장하고, 이를 기준으로 충수(充水)여부를 판단하게 된다. 즉, 광량이 일정이상 약해지면 샘플수가 채워진 것으로 판단하게 된다. 또한, 샘플수가 비워진 상태에서도 일정 이상 광량이 약해져 있으면 측정부(110)가 오염된 것으로 판단하게 된다.

또한, 제어부(150)는, 측정부(110)에 주입된 시약이 잘 섞이도록 유입밸브(123)의 개방/폐쇄 동작을 반복시키도록 제어신호를 생성할 수도 있다.

본 발명의 실시예에서 제어부(150)는, PCB 전자회로로 구성되어 소비전력이 적을 뿐만 아니라 제어화면을 디스플레이하고 제어조작이 필요한 구성으로 작업자가 접근할 수 있어야 하기 때문에 밀폐형 구조인 몰드방폭구조를 사용할 수 없고 본질안전방폭구조로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)는, 제어부(150)에서 제어신호를 수신하여 유입밸브(123), 배출밸브(127) 및 시약조절밸브(143a,143b)를 구동하는 구동부(170)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 구동부(170)는 소비전력이 커서 본질안전방폭구조의 기준을 만족하기 어려울 뿐만 아니라 구동부(170)의 조작은 제어부(150)에서 수행할 수 있기 때문에 밀폐형 방폭구조인 몰드방폭구조로 설계하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)는, 제어부(150)와 구동부(170)에 전원을 공급하는 수단이 마련된다.

도 1의 실시예에서, 제어부(150)는, 제1전원부(181)와 연결되고, 제1전원부(181)와 제어부(150) 사이에는 배리어(barrier, 190)가 설치된다.

배리어(190)는, 위험구역인 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)의 내측에 설치되지 않고, 안전구역인 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)의 외측에 설치된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 구비된 배리어(barrier)를 도시한 것이다.

본 발명에 사용되는 배리어(190)는, 안전구역에 설치되어 안전구역에서 위험구역으로 공급되는 전기에너지를 조절하여 폭발이 일어나지 않을 정도의 전기적 레벨만을 위험구역으로 보내주는 역할을 한다.

배리어(190)는 제너다이오드(zener diode) 또는 션트다이오드(shunt diode)로 회로를 구성할 수 있는데, 도 4의 예에서는 저항(191)과 퓨즈(193)를 직렬로 연결하고 제너다이오드(195)를 역방향바이어스(reverse bias)로 연결하여 구성된다.

여기서, 제너다이오드(195)는 고장시에도 계속 작동이 가능한 고장방지능력(fault tolerance)을 확보하기 위해서 복수개가 병렬로 연결된다.

한편, 본 발명에서는 배리어(190)를 대체하여 아이솔레이터(galvanic isolator)를 적용함으로써 위험구역으로 공급되는 전기에너지를 조절할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 구비된 아이솔레이터(isolator)를 도시한 것으로, 도 5의 예에서 아이솔레이터(290)는 저항(291)과 퓨즈(293)를 직렬로 연결하고 다이오드(295)를 연결하여 구성된다.

아이솔레이터(290)는, 배리어(190)와는 다르게, 도 5에 도시된 바와 같이 절연층(297)을 포함하여 물리적인 연결이 없도록 구성되어 안전구역에 설치됨으로써 안전구역에서 위험구역으로 흘러가는 위험한 수위의 전기적 에너지를 막아주는 역할을 하게 된다. 도 4의 제너다이오드(195)를 포함한 배리어(190)는 안전구역과 위험구역이 같은 접지(earth)를 공유하는 방식이라 안전구역에서 발생한 단락(fault current)이 메인접지(main earth)의 손상을 주지 않아야 하기 때문에 높은 수준의 접지가 필요한 반면, 도 5의 아이솔레이터(290)는 이러한 접지가 없는 장점이 있다.

한편, 도 1의 실시예에서, 구동부(170)는, 제1전원부(181)와는 상이한, 제2전원부(183)와 연결된다.

여기서, 구동부(170)는, 제어부(150)의 제어신호를 수신하여 제2전원부(183)에서 공급된 전원을 유입밸브(123), 배출밸브(127) 및 시약조절밸브(143a,143b)로 공급함으로써 각 밸브들이 자동으로 개폐가 가능하게 된다.

제1전원부(181) 및 제2전원부(183)는, 안전구역인 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)의 외측에 설치된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 구비된 시약저장부 및 측정부를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 시약저장부(130)는 측정부(110)보다 높은 위치에 설치되어 자연압에 의해 측정부(110)로 시약을 주입한다.

시약저장부(130)는, 원통형상으로 시약을 저장하도록 내부에 저장공간이 형성되고, 일측에 개방부가 구비되는 몸체(131)와, 몸체(131)의 개방부에 개폐가능하도록 설치되는 뚜껑(133)을 포함한다.

또한, 시약저장부(130)는, 일단이 뚜껑(133)에 연결되고, 타단은 시약유입관(141)과 연결되는 탄성튜브(135)를 포함할 수 있다.

여기서, 탄성튜브(135)와 시약유입관(141) 사이에는 지지대(137)가 포함될 수 있다.

상기 탄성튜브(135)는, 탄성튜브(135)를 통해 시약이 주입될 수 있도록 상기 뚜껑(133) 및 상기 지지대(137)의 연결부를 관통하여 연결된다.

본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100)는, 이와 같은 스프링 타입의 탄성튜브(135)를 통해 시약 교체 작업을 용이하게 수행할 수 있게 된다. 즉, 시약저장부(130)의 뚜껑(133)에 탄성튜브(135)를 연결하여 시약저장부(130)가 정립(正立)된 상태에서 시약을 교체 작업을 진행한 다음, 시약저장부(130)가 탄성에 의해 역립(逆立) 상태를 유지하며 시약이 공급된다.

한편, 시약저장부(130)에서 시약이 공급되는 양은 시약조절밸브(143)의 개방 시간을 조절하여 결정된다. 또한, 시약의 투입량은 자연압으로 가압되기 때문에 일정하게 공급된다.

한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치를 도시한 구성도이다. 도 1과 동일한 참조번호를 갖는 구성요소의 설명은 도 1과 동일하여 생략한다.

도 7에 도시된 실시예에서 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(200)는, 도 1의 실시예에 포함된 시약조절밸브(143)를 대체하여 시약주입수단을 구비한다.

시약주입수단은, 시약을 가압하여 측정부(110)로 주입시키는 구성으로, 본 발명의 일실시예에서는 연동펌프(Peristaltic Pump)(243a,243b)로 시약주입수단을 구성한다.

연동펌프(243a,243b)를 설치한 경우에는, 진공을 형성하면서 스스로 흡입력을 발생(自吸)시키기 때문에 반드시 시약저장부(130)를 측정부(110)보다 높은 위치에 설치할 필요는 없다. 연동펌프(243a,243b)의 구체적 동작은 후술한다.

구동부(170)는, 제어부(110)에서 신호를 수신하여 유입밸브(123), 배출밸브(127) 및 시약주입수단인 연동펌프(243a,243b)를 구동한다.

여기서, 구동부(170)는, 도 1의 실시예에서 설명된 내용과 동일한 이유로 몰드방폭구조로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 구동부(170)는, 제어부(150)의 제어신호를 수신하여 제2전원부(183)에서 공급된 전원을 연동펌프(243a,243b)로 공급함으로써 연동펌프(243a,243b)가 작동가능하게 된다.

본 실시예에서, 유입밸브(123)와 배출밸브(127)가 솔레노이드 밸브로 구성되고, 시약주입수단이 연동펌프(243a,243b)로 구성될 경우, 소비전력이 커서 본질안전방폭구조의 기준을 만족할 수 없게 된다. 따라서, 유입밸브(123), 배출밸브(127) 및 연동펌프(243a,243b)는, 개폐조작은 밸브나 펌프에서 직접 수행하지 않고, 제어부(150)에서 수행할 수 있기 때문에 밀폐형 방폭구조인 몰드방폭구조로 설계하는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 구비된 연동펌프를 도시한 것으로, 이를 참조하면, 연동펌프(243)는, 하우징(246) 내측에 회전가능하도록 설치되는 롤러(244)와, 롤러(244)의 외측에 설치되는 튜브(245)를 포함하여 구성되는데, 롤러(244)가 회전하여 튜브(245)를 가압하면서 튜브(245)의 내부에 진공을 형성시킴으로써 형성된 진공부분으로 유체가 이동되게 된다.

여기서, 연동펌프(243)는, 핀치 밸브처럼 정지상태에서 튜브(245)를 폐쇄하도록 구성되기 때문에 별도로 체크 밸브의 설치가 필요 없을 뿐만 아니라 진공을 형성하면서 스스로 흡입력을 발생(自吸)시키기 때문에 시약저장부(130)에 저장된 시약을 공급하기 위한 별도의 가압수단도 필요로 하지 않는 장점이 있다. 또한, 연동펌프(243)의 구동 전류가 적기 때문에 본질안전방폭 규격에 적용될 수 있으며, 롤러(244)가 한번 회전할 때 일정량의 시약이 주입되기 때문에 정량 주입이 가능한 효과가 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예들에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치에 구비된 수광부의 상대 반응도(Relative Responsivity)를 도시한 그래프이다.

도 9를 참조하면, Red, Green, Blue 영역의 상대 반응도는 파장에 따라 달라지게 되는데, 예를 들면 Red 영역은 약 750nm 파장에서 상대 반응도가 올라가고, Green 영역은 약 560nm 파장에서 상대 반응도가 올라감을 알 수 있다.

본 발명의 측정부(110)는, 도 9의 그래프를 이용하여 샘플수의 충수(充水)여부는 RGB 센서의 RED 영역을 사용하여 측정하고, 샘플수의 잔류염소 농도는 RGB 센서의 GREEN 영역을 사용하여 측정할 수 있다.

즉, 측정부(110)가 빈 상태에서 발광부(111)를 켜고 수광부(113)로 RED(약 750nm 파장)영역으로 측정한 광량을 저장하여 충수여부의 기준값으로 설정하고, 측정부(110)에 물이 채워진 상태에서는 시약을 샘플수에 투입하고 발광부(111)를 켠 다음, 수광부(113)의 GREEN 영역 (560nm 파장)을 이용하여 광량을 측정하게 된다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 잔류 염소농도 측정방법을 도시한 순서도이다. 그리고, 본 발명의 잔류 염소농도 측정방법은 도 1 및 도 7에 개시된 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100, 200)를 사용한다.

도 1,7 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 잔류 염소농도 측정방법은, 먼저, 유입밸브(123) 및 배출밸브(127)를 개방하여 샘플수를 바이패스한다(S110). 바이패스되는 샘플수는 샘플수 유입관(121) 및 샘플수 배출관(125), 측정부(110)의 샘플수 유입공간을 세척하게 된다.

다음으로, 배출밸브(127)를 폐쇄하여 측정부(110)에 샘플수를 채운다(S120). 샘플수의 충수 여부는 발광부(111)를 온(ON) 한 다음, 수광부(113)에서 광량을 측정하여 판단한다. 소정 용량의 샘플수가 채워지면 유입밸브(123)을 폐쇄한다.

그리고, 채워진 샘플수에 시약을 주입하지 않은 채 샘플수의 흡광도 측정해서 기준점을 설정한다(S130). 이 기준점이 기준 흡광도가 된다.

이후, 배출밸브(127)를 개방하여 기준 흡광도 측정이 완료된 샘플수를 측정부(110)에서 배출하고, 배출이 완료된 후 배출밸브(127)을 폐쇄하여 새로운 샘플수가 측정부(110)로 주입되도록 한다(S140).

이때, 샘플수의 배출 완료 확인을 위해서는 측정부(110)에서 흡광도를 측정하는데, 배출이 확인된 다음에도 수초간 더 배출밸브(127)를 개방된 상태로 놔둔 후 폐쇄하도록 조작함으로써 샘플수가 보다 확실하게 배출되도록 한다. 이러한 조작을 통해 측정 오차를 줄일 수 있게 된다.

또한, 상기 샘플수 교체 단계(S140)에서 새로운 샘플수가 측정부(110)로 주입될 때에는, 유입밸브(123)을 개방하여 샘플수를 채우는데, 샘플수의 충수 여부는 측정부(110)의 흡광도로 확인한다. 그리고, 샘플수를 채울 때에는 유입밸브(123)의 개방/폐쇄를 반복 조작한다. 예를 들면, 약 0.5초정도 개방한 후 약 0.5초정도 폐쇄하여 샘플수가 와류를 형성하면서 측정부(110)로 유입되도록 한다. 이러한 조작을 통해 유입되는 시약이 잘 섞이게 된다.

다음으로, 교체된 샘플수에 시약을 주입하고(S150), 측정부(110)에서 발색 흡광도를 측정한다(S160).

여기서, 시약을 주입하는 단계(S150)에서는, 유입밸브(123)의 개방/폐쇄 조작을 초기 2~3회 한 후에 미량의 시약을 주입하기 위해 시약조절밸브(143)를 짧은시간 개방한 후에 폐쇄함으로써, 전술한 바와 같이 와류가 형성되면서 측정부(110) 내에서 시약이 잘 섞이게 된다.

이후, 제어부(150)에서는, 측정된 기준 흡광도와 발색 흡광도를 근거로 잔류 염소 농도를 환산한다(S170). 즉, 기준 흡광도를 측정할 때에는 시약을 넣지 않은 상태의 샘플수 광량을 측정하고, 발색 흡광도를 측정할 때에는 시약을 주입한 샘플수의 광량을 측정하여 서로의 광량 차이를 구한 후, 적절한 변환 공식으로 잔류염소 농도로 환산한다. 변환 공식의 예로서, 광량 차이값에 a 값을 곱하면 잔류염소 농도가 되는데, 상기 a값은 발광부(111)인 LED와, 측정부(110) 투과도, 수광부(113)인 RGB 센서에 정해진다. 시약을 섞은 후에는 샘플수가 발색되기 때문에 흡광력이 생겨 수광부(113)에서 측정된 광량값은 약해지는데, 잔류 염소 농도가 높을수록 발색이 많이 되어 광량값이 작아진다. 시약을 섞은 후 발색이 전혀 되지 않으면 기준 광량과 동일한 광량이 측정되며 차이가 없기 때문에 잔류염소 농도가 0이 된다.

다음으로, 잔류 염소 농도 측정이 완료된 샘플수는 배출밸브(127)가 개방되면서 배출된다(S180).

이후, 새로운 샘플수의 잔류 염소 농도 측정을 위해서 샘플수를 바이패스하는 단계(S110)부터 다시 반복 동작을 수행하게 된다.

이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100,200)는, 제어부(160)를 본질안전방폭구조로 구성하고, 구동부(170), 유입밸브(123), 배출밸브(127), 시약조절밸브(143a,143b) 및 연동펌프(243a,243b)를 몰드방폭구조로 구성함으로써 방폭형 잔류 염소농도 측정장치(100,200) 내부로 별도의 공기 입력이 필요 없고 유지보수가 편리한 복합 방폭구조를 제공할 수 있게 된다.

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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 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.

100,200: 방폭형 잔류 염소농도 측정장치
110: 측정부
111: 발광부
113: 수광부
121: 샘플수 유입관
123: 유입밸브
125: 샘플수 배출관
127: 배출밸브
130: 시약저장부
141: 시약유입관
143: 시약조절밸브
150: 제어부
170: 구동부
190: 배리어
243: 연동펌프

Claims

발광부와 수광부를 구비하고, 샘플수가 유입되는 샘플수 유입관 및 측정이 완료된 샘플수가 배출되는 샘플수 배출관이 설치되는 측정부;
측정부로 시약을 유입하도록 시약유입관이 구비되는 시약저장부;
발광부에서 생성된 빛이 샘플수를 투과한 후, 수광부에서 수신되는 신호를 근거로 샘플수의 산화제 농도를 측정하는 제어부;
샘플수 유입관 및 샘플수 배출관에 각각 설치되는 유입밸브 및 배출밸브; 및
시약의 유입을 제어하도록 시약유입관에 설치되는 시약주입수단;을 포함하고,
유입밸브와 배출밸브는 솔레노이드 밸브로 구성되고, 시약주입수단은 연동펌프로 구성되고,
유입밸브, 배출밸브 및 시약주입수단은 밀폐형 방폭구조인 몰드방폭구조로 구성되고,
제어부는 본질안전방폭구조로 구성되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
청구항 1에 있어서,
방폭형 잔류 염소농도 측정장치는,
제어부에서 신호를 수신하여 유입밸브, 배출밸브 및 시약주입수단을 구동하는 구동부를 더 포함하고,
구동부는 몰드방폭구조로 구성되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
삭제
청구항 2에 있어서,
제어부는,
제1전원부와 연결되고,
제1전원부와 제어부 사이에는 배리어(barrier) 또는 아이솔레이터(galvanic isolator)가 설치되고,
배리어 또는 아이솔레이터는 안전구역에 설치되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
청구항 4에 있어서,
구동부는,
제1전원부와는 상이한, 제2전원부와 연결되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
청구항 5에 있어서,
구동부는,
제어부의 제어신호를 수신하여 유입밸브, 배출밸브 및 시약주입수단에 전원을 공급하도록 구성되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
발광부와 수광부를 구비하고, 샘플수가 유입되는 샘플수 유입관 및 측정이 완료된 샘플수가 배출되는 샘플수 배출관이 설치되는 측정부;
측정부로 시약을 유입하도록 시약유입관이 구비되는, 시약저장부;
발광부에서 생성된 빛이 샘플수를 투과한 후, 수광부에서 수신되는 신호를 근거로 샘플수의 산화제 농도를 측정하는 제어부;
샘플수 유입관 및 샘플수 배출관에 각각 설치되는 유입밸브 및 배출밸브;
시약유입관에 설치되는 시약조절밸브; 및
측정부 내부가 자연압을 유지하도록 측정부에 구비되는 벤트부(Vent);를 포함하고,
유입밸브와 배출밸브는 솔레노이드 밸브로 구성되고, 시약조절밸브는 핀치밸브(Pinch Valve)로 구성되고,
유입밸브, 배출밸브 및 시약조절밸브는 밀폐형 방폭구조인 몰드방폭구조로 구성되고,
제어부는 본질안전방폭구조로 구성되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
청구항 7에 있어서,
시약저장부는,
자연압에 의해 측정부로 시약이 주입되도록 측정부보다 높은 위치에 설치되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
삭제
청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
측정부는,
빛이 통과할 수 있는 투명 재질로 형성되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
발광부는 백색 LED로 구성되고,
수광부는 RGB 센서로 구성되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
시약유입관은,
내화학성 튜브로 구성되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
삭제
청구항 8에 있어서,
시약저장부는,
시약을 저장하도록 내부에 저장공간이 형성되고, 일측에 개방부가 구비되는 몸체;
몸체의 개방부에 개폐가능하도록 설치되는 뚜껑; 및
일단이 뚜껑에 연결되고, 타단은 시약유입관과 연결되는 탄성튜브;를 포함하는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
측정부는,
샘플수의 충수(充水)여부는, RGB 센서의 RED 영역을 사용하여 측정하고,
샘플수의 잔류염소 농도는, RGB 센서의 GREEN 영역을 사용하여 측정하도록 구성되는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
제어부는,
유입밸브가 개방된 이후, 측정부에 샘플수가 차지 않으면 샘플수가 유입되지 않는 것으로 파악하여 알람을 발생시키는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
제어부는,
배출밸브가 개방된 이후, 측정부의 샘플수가 배출되지 않으면 알람을 발생시키는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.
청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
제어부는,
측정부에 주입된 시약이 잘 섞이도록 유입밸브가 개방/폐쇄를 반복하며 측정부에 샘플수가 유입되도록 제어하는, 방폭형 잔류 염소농도 측정장치.