KR102526885B1 - 염수용 toc 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염수용 TOC 측정장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 염수용 TOC 측정장치는 염분을 포함하는 액상 시료를 무촉매 열연소 산화 방식으로 산화시켜 산화가스를 생성하는 산화부; 상기 산화부의 하단부에 배치되고 상기 산화부로부터 산화가스가 배출되는 과정에서 생성된 응결수와 염분 결정이 하부로 흘러내릴 수 있도록 세로 방향으로 배치되는 제1유로, 상기 제1유로로부터 분기되어 산화가스를 배출하는 제2유로 및 상기 제1유로의 하단부에 배치되고 상기 제1유로를 통해 흘러내리는 응결수 및 염분 결정을 수집하는 수용캡이 형성된 수집부; 및 상기 제2유로를 통해 전달된 산화가스 중의 이산화탄소를 검출하여 총유기탄소를 측정하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

염수용 TOC 측정장치 {TOC MEASURING APPARATUS FOR BRINE}

본 발명은 염수용 TOC 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염분을 포함하는 산화가스가 배출되는 과정에서 생성되는 염분 결정을 용이하게 제거할 수 있는 염수용 TOC 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 물 속의 유기물을 측정하는 대표적인 지표 중에는 생물학적 산소요구량(Biochemical Oxygen Demand, BOD), 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD), 총 유기탄소(Total Organic Carbon, TOC) 등이 소개되어 있다.

물 속의 유기물을 측정하는 대표적인 지표를 자동화된 방식으로 연속 측정하기 위한 장치로서, BOD 측정기, COD 측정기, TOC 측정기 등 다양한 수질연속자동측정기가 알려져 있다.

그런데 BOD 측정기는 미생물을 센서로 이용하기 때문에 독성물질에 의해 성능이 저하될 수 있으며, 난분해성 물질이 존재할 경우 정확한 유기물 측정이 어려운 단점이 있다. COD 측정기는 오염물질의 성상에 따라 분석오차가 큰 편이며, 염소 등의 간섭물질에 의해 측정에 영향을 받는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는 수중에 함유된 유기탄소 양을 측정하여 오염 정도를 분석하는 TOC 측정기(이하, TOC 측정 시스템이라 함)가 주로 이용된다.

이러한 종래의 TOC 측정기는 백금 촉매와 같은 고가의 촉매를 사용하게 되는데 순수한 물이 아닌 염분이 섞인 물에 대한 측정을 하면, 촉매에 염분이 붙으면서 오염되어 주기적으로 촉매를 교환하여야 하므로 유지 보수 비용이 높다는 문제점이 있다.

이에 따라, 최근에는 등록특허 제10-1528126호 '무촉매 열연소 산화 방식을 기반으로 하는 실시간 총유기 탄소 및 총질소 측정장치'(특허문헌 1)와 같이 고온으로 액상 시료를 산화시키는 무촉매 열연소 산화 방식의 TOC 측정기술이 개발되고 있다.

그러나, 이러한 무촉매 열연소 산화 방식은 산화 반응기 내에서 생성된 산화가스가 하단부의 유출구를 통해 배출되는 과정에서 온도가 낮아짐에 따라 산화가스 중에 포함된 수분이 응결되어 응결수가 생성되는 동시에 응결수 내에 포함된 염분이 석출되면서 배관 내에 염분 결정이 생성되는 문제가 있다. 또한, 유출구 내에 염분 결정이 누적되는 경우에는 배관이 막히는 원인이 되므로 주기적으로 장치를 멈추고 산화부를 충분히 냉각시킨 다음 배관 내에 누적된 염분 결정들을 제거해야만 하므로, 작업성이 나쁘고 작업 시간이 오래 걸리는 문제가 있다.

등록특허 10-1528126

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 염분을 포함하는 산화가스가 배출되는 과정에서 생성되는 염분 결정을 용이하게 제거할 수 있는 염수용 TOC 측정장치를 제공함에 있다.

또한, 염분 수집부에 연결되어 응결수를 배출하는 배수용 배관으로 산화가스가 배출되는 것을 방지할 수 있는 염수용 TOC 측정장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 염분을 포함하는 액상 시료를 무촉매 열연소 산화 방식으로 산화시켜 산화가스를 생성하는 산화부; 상기 산화부의 하단부에 배치되고 상기 산화부로부터 산화가스가 배출되는 과정에서 생성된 응결수와 염분 결정이 하부로 흘러내릴 수 있도록 세로 방향으로 배치되는 제1유로, 상기 제1유로로부터 분기되어 산화가스를 배출하는 제2유로 및 상기 제1유로의 하단부에 배치되고 상기 제1유로를 통해 흘러내리는 응결수 및 염분 결정을 수집하는 수용캡이 형성된 수집부; 및 상기 제2유로를 통해 전달된 산화가스 중의 이산화탄소를 검출하여 총유기탄소를 측정하는 검출부를 포함하는 염수용 TOC 측정장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 수용캡은 제1유로의 하단부에 탈착 가능하게 조립되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수용캡의 하단에는 수용캡 내에 수집된 응결수를 외부로 배출하기 위한 드레인 홀이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수집부는 배수펌프에 의해 음압이 제공되고 상기 드레인 홀에 연결되는 배수라인을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 배수펌프는 산화가스의 유출을 막기 위해 배수용 배관 상에 적어도 하나의 응결수 방울이 존재하도록 구동 제어되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2유로는 상기 제1유로의 측면에서 가로 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 산화부는 염분의 결정화를 방지하기 위해 염분을 포함하는 액상 시료를 1,100~1,250℃로 가열하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 염분을 포함하는 산화가스가 배출되는 과정에서 생성된 염분 결정을 용이하게 제거할 수 있는 염수용 TOC 측정장치가 제공된다.

또한, 염분 수집부에 연결되어 응결수를 배출하는 배수용 배관으로 산화가스가 배출되는 것을 방지할 수 있는 염수용 TOC 측정장치가 제공된다.

도 1은 본 발명 염수용 TOC 측정장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 2은 본 발명 염수용 TOC 측정장치의 정면 구성도,
도 3은 본 발명 염수용 TOC 측정장치에 따른 산화부 및 염분제거부의 단면도,
도 4는 본 발명 염수용 TOC 측정장치에 따른 염분제거부의 분해사시도,
도 5는 본 발명 염수용 TOC 측정장치의 작동 단계를 나타낸 순서도이고,
도 6 내지 도 12는 본 발명 염수용 TOC 측정장치에 따른 작동 단계별 작용도이다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 염수용 TOC 측정장치에 대하여 상세하게 설명한다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명 염수용 TOC 측정장치의 구성을 나타낸 블록도, 도 2은 본 발명 염수용 TOC 측정장치의 정면 구성도, 도 3은 본 발명 염수용 TOC 측정장치에 따른 산화부 및 염분제거부의 단면도, 도 4는 본 발명 염수용 TOC 측정장치에 따른 염분제거부의 분해사시도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같은 본 발명 염수용 TOC 측정장치는 전처리부, 산화부(160), 염분 수집부(170), 냉각부(180) 및 검출부(190)를 포함한다.

상기 전처리부는 베셀(Vessel, 110), 시료 공급부(120), 용액 공급부(130), 에어 공급부(140), 이송부(150)를 포함할 수 있다.

상기 베셀(110)은 내부에 액상 시료의 처리가 가능한 공간이 마련된 것으로, 상측이 개방된 용기 형태로 이루어지고, 상부에는 시료 주입구가 형성되고, 측면 및 하부에는 용액 주입구, 에어 주입구, 드레인 배출구 및 오버플로우 배출구 등이 형성될 수 있다. 이러한 베셀(110)은 시료의 오염을 방지하는 동시에 작동 상태를 시각적으로 확인할 수 있도록 투명한 유리 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 베셀(110)의 하부에는 베셀(110)의 드레인 배출구 및 오버플로우 배출구를 통해 배출되는 액상 시료 또는 세정액을 폐액 처리하기 위한 드레인 컵이 마련될 수 있다.

상기 시료 공급부(120)는 검사 대상이 되는 액상 시료를 저장하는 시료 탱크(121), 상기 시료 탱크(121)와 베셀(110)의 시료 주입구를 연결하는 제1배관(122), 상기 제1배관(122) 상에 배치되는 제1펌프(123)를 포함할 수 있다. 아울러, 상기 시료 공급부(120)는 다양한 종류의 시료를 공급하기 위해 복수의 시료 탱크(121), 각각의 시료 탱크(121)와 상기 제1배관(122)을 연결하는 분기배관, 상기 분기배관을 개폐하는 밸브를 포함할 수 있으며, 선택된 시료가 저장된 시료 탱크와 연결된 분기배관의 밸브를 개방하고 나머지 밸브는 폐쇄하면 상기 제1펌프(123)의 구동 압력에 의해 선택된 시료가 제1배관(122)을 통해 베셀(110)로 공급될 수 있다. 한편, 복수의 시료 탱크(121)중 어느 하나에는 제1배관(122) 및 베셀(110)의 세정을 위한 세정액이 저장될 수 있으며, 세정액을 이용해 제1 배관(122) 및 베셀(110)을 세정함으로써 이전 검사 시료의 잔존물에 의해 검사 대상이 되는 액상 시료가 오염되는 것을 방지할 수 있다.

상기 용액 공급부(130)는 액상 시료의 수소 이온 농도를 낮추기 위한 염산과 같은 산성 용액을 저장하는 용액 탱크(131), 상기 용액 탱크(131)와 베셀(110)의 용액 주입구를 연결하는 제2배관(132), 상기 제2배관(132) 상에 배치되는 제2펌프(133)를 포함한다. 한편, 본 실시예에서는 염산을 이용하여 액상 시료의 수소 이온 농도를 낮추는 것으로 설명하였으나 이에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 인산, 황산 등을 이용하는 것도 가능하다.

상기 에어 공급부(140)는 액상 시료 중의 무기탄소를 제거하기 위해 상기 베셀(110) 내부의 액상 시료에 탄소 성분을 포함하지 않는 에어를 주입하는 것으로서, 외기를 도입할 수 있는 제3펌프(142), 상기 제3펌프(142)와 상기 베셀(110)의 에어 주입구를 연결하는 제3배관(141) 및 도입된 외기 중에 포함된 이산화탄소를 제거하도록 상기 제3배관(141) 상에 배치되는 이산화탄소 필터(143)를 포함할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 상기 에어 공급부(140)가 제3배관(141)을 통해 외기를 도입하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 탄소 성분을 포함하지 않는 에어로서 산소를 공급하기 위해 상기 제3배관(141)에 산소 탱크 또는 산소 발생기를 연결하는 것도 가능하다. 아울러, 상기 에어 공급부(140)는 산소 이외에도 질소와 같이 TOC 측정에 영향을 끼치지 않는 성분의 에어를 공급하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 에어 공급부(140)에서 제공되는 에어의 유량은 MFC(Mass Flaw Controller)에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 상기 MFC는 TOC 검출 과정에서는 노멀한 유속으로 에어를 공급하고, 세정 과정에서는 상대적으로 빠른 유속으로 에어를 공급하도록 제어될 수 있다.

상기 이송부(150)는 상기 베셀(110) 내에 저장된 무기탄소가 제거된 액상 시료를 산화부(160)로 이송하기 위한 것으로서, 액상 시료의 흡입, 토출을 위한 압력을 제공할 수 있는 시린지(151), 상기 시린지(151)에 저장된 액상 시료를 토출하기 위한 니들(152), 상기 니들을 이동시킬 수 있는 구동부(153), 상기 베셀(110)과 시린지(151)를 연결하는 흡입배관(155) 및 상기 시린지(151)와 니들(152)을 연결하는 토출배관(154)을 포함할 수 있다.

상기 시린지(151)는 상기 흡입배관(155)을 열고 토출배관(154)을 막은 상태에서 흡입 구동하여 베셀(110) 내부의 액상 시료를 시린지(151) 내부로 흡입하고, 상기 토출배관(154)을 열고 흡입배관(155)을 막은 상태에서 토출 구동하여 니들(152)을 통해 액상 시료를 외부로 배출할 수 있다.

상기 니들(152)은 말단부가 상기 산화부(160)의 중심부까지 삽입될 수 있는 길이로 설정되고, 고온의 환경에 직접 노출되므로 스테인레스와 같은 내열성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 구동부(153)는 상기 산화부(160) 내에 액상 시료를 공급하기 위해 상기 산화부(160)의 상부영역에서 상기 니들(152)을 상하로 이동시키거나, 상기 흡입배관(155), 시린지(151), 토출배관(154) 및 니들(152)을 세정한 폐액을 버리기 위해 상기 니들(152)을 베셀(110) 하부에 위치한 드레인 컵 상측으로 이동시킬 수 있다.

이러한 구동부(153)는 정밀한 컨트롤 및 심플한 시스템 구성을 위해 다축 로봇 암과 같은 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 니들(152)의 말단부를 산화부(160)의 연소로(161), 구체적으로 튜브(162)의 길이방향 중심부까지 용이하게 삽입할 수 있어 시료가 일정한 온도에서 산화되도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 베셀(110) 하부의 드레인 컵 상부영역과 산화부(160) 상부영역 사이에서 니들(152)을 최적의 이동 경로로 이동시킬 수 있어 이동 시간을 최소화할 수 있다.

아울러, 본 실시예에서는 상기 구동부(153)가 다축 로봇 암의 형태로 이루어지는 것으로 예를 들어 설명하였으나 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 니들(152)을 상하 및 좌우로 이동시킬 수 있는 다양한 형태의 이송기구로 구성하는 것도 가능할 것이다. 예컨대, 상기 구동부(153)는 니들(152)의 상하 이동을 위한 상하 승강기구와, 좌우 이동을 위해 상기 승강기구와 니들(152) 사이에 배치되는 복수의 회동기구를 포함할 수 있으며, 복수의 회동기구로 니들(152)을 좌우로 이동시키는 경우 니들(152)의 이동 거리와 시간을 최소화할 수 있다.

상기 산화부(160)는 상기 이송부(150)에 의해 이송된 액상 시료를 무촉매 열연소 산화 방식으로 산화시킬 수 있는 것으로서, 연소로(161), 상기 연소로(161) 내에 세로 방향으로 배치되고 상단에는 상기 니들(152)이 삽입될 수 있는 유입구(I)가 형성되고 하단에는 산화가스가 배출될 수 있는 유출구(O)가 형성된 튜브(162), 상기 튜브(162)의 외측에 배치되고 상기 튜브(162)의 내부 온도가 대략 1,100~1,250℃로 유지될 수 있도록 발열 제어되는 히터(163) 및 상기 튜브(162) 내에 배치되는 세라믹 볼(164)을 포함한다.

여기서, 상기 산화부(160)는 액상 시료에 포함된 염분을 녹는 점 이상의 온도로 가열하므로 액상 시료에 포함된 염분이 결정화되는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해 염분 결정에 의해 튜브(162)의 내경이 좁아지거나 막히는 현상을 방지할 수 있다.

상기 유입구(I)는 별도의 밸브에 의해 개폐될 수 있으며, 상기 밸브는 니들(152)의 삽입을 위해 유입구(I)를 개방하거나, 니들(152)의 이탈 이후 유입구(I)를 폐쇄하도록 제어될 수 있다.

본 실시예에서 상기 튜브(162)는 연소로(161) 내에 세로 방향으로 고정되는 제1튜브(162a), 상기 세라믹 볼(164)을 지지하기 위한 세라믹 시브(Sieve, 165)가 내부에 마련되고 상기 제1튜브(162a) 내에 배치되는 제2튜브(162b)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2튜브(162b)는 상기 시브(165)의 고정을 위해 제1단위튜브와 제2단위튜브로 분할될 수 있으며, 상기 제1단위튜브와 제2단위튜브 사이에 시브(165)를 위치시킨 상태로 고정함으로써 상기 시브(165)와 일체화될 수 있다.

여기서, 상기 제1튜브(162a)와 제2튜브(162b)는 각각 세라믹 재질로 이루어지고, 상기 제1튜브(162a)는 연소로(161) 내에 고정되고, 상기 제2튜브(162b)는 상기 제1튜브(162a)의 하부 개구를 통해 탈착 가능하게 조립되도록 구성된다.

구체적으로, 상기 연소로(161)의 하단 개구에는 제1튜브(162a)의 하단을 지지하는 링형의 제1캡(166a)이 조립되고, 제1캡(166a)의 출입공에는 제2튜브(162b)의 하단을 지지하는 링형의 제2캡(166b)이 조립되며, 상기 제2캡(166b)의 배출구는 제2튜브(162b)의 유출구(O)와 연통한다.

이에 따라, 상기 제1캡(166a)으로부터 제2캡(166b)을 분리하면 상기 제1튜브(162a)의 내에 삽입된 제2튜브(162b)를 제1캡(166a)의 출입공을 통해 인출할 수 있다. 이후 새로운 세라믹 볼(164)이 수용된 제2튜브(162b)를 제1캡(166a)의 출입공을 통해 제1튜브(162a) 내측으로 삽입한 다음 제2캡(166b)을 제1캡(166a)의 출입공에 조립하는 방식으로 소모품인 제2튜브(162b) 및 세라믹 볼(164)을 쉽고 안전하게 교환할 수 있다.

대략 1,200℃로 가열된 세라믹 볼(164)에 액상 시료를 제공하여 액상 시료에 포함된 탄소 성분을 이산화탄소로 변환시키는 무촉매 열연소 산화 방식은 유기물의 종류와 농도에 상관없이 일정한 산화력의 확보가 가능하고, 고가의 백금 촉매 대신 저렴한 세라믹 볼(164)을 이용하므로 유지비용이 적게 들고, 독성물질인 백금 촉매를 사용하지 않으므로 2차 오염물질을 발생시키지 않을 수 있는 장점이 있다.

다만, 무촉매 열연소 산화 방식을 통해 염분을 포함하는 액상 시료를 산화시키는 경우, 고온의 산화가스가 산화부(160) 외부로 배출되는 과정에서 냉각되어 응결수가 생성됨에 따라 산화가스가 이동하는 배관이 응결수에 의해 막히는 것은 물론, 산화가스 및 응결수 내에 포함된 염분이 산화부(160)와 냉각부(180)를 연결하는 배출유로 내벽에 염분 결정형태로 석출되면서 유로의 내경이 좁아지거나 막히게 됨에 따라 잦은 유지보수가 요구된다는 단점이 있다.

상기 염분 수집부(170)는 응결수가 배출되는 제1유로(171a)와 상기 제1유로(171a)로부터 분기되어 산화가스가 배출되는 제2유로(171b)가 형성된 분기부(171) 및 상기 제1유로(171a)의 하단에서 응결수 및 염분 결정을 수집할 수 있는 수용캡(172)을 포함한다.

상기 분기부(171)는 상단이 상기 제2캡(166b)의 배출구에 탈착 가능하게 조립되며, 상기 제1유로(171a)는 상기 제2튜브(162b)의 유출구(O)와 연통하며 응결수가 하부로 흘러내릴 수 있도록 세로 방향으로 배치되고, 상기 제2유로(171b)는 상기 제1유로(171a)를 통과하는 산화가스가 응결수와 분리되어 배출될 수 있도록 제1유로(171a)로부터 가로 방향으로 분기되는 된다. 여기서, 상기 제2유로(171b)는 응결수가 유입되는 것을 방지하기 위한 구조를 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 제2유로(171b)는 제1유로(171a)의 측면에서 상향 경사 배치될 수 있다.

상기 수용캡(172)은 상기 제1유로(171a)와 연통하도록 상기 분기부(171)의 하단에 탈착 가능하게 조립되는 것으로서, 내부에는 상기 제1유로(171a)를 통해 흘러내리는 응결수 및 염분 결정을 수집할 수 있는 수용공간이 형성된다. 또한, 상기 수용캡(172)은 상기 수용캡(172)의 하단에서 상기 수용공간과 연통하여 응결수를 외부로 배출할 수 있는 드레인 홀(172a)을 더 포함하고, 상기 드레인 홀(172a)에는 별도의 배수펌프에 의해 음압이 제공되는 배수용 배관(DT)이 연결될 수 있다.

상기 냉각부(180)는 상기 산화부(160)에서 배출되는 산화가스를 냉각시키고, 이 과정에서 발생하는 응축수는 수집하거나 배출한다. 이러한 냉각부(180)는 가스 냉각 수단으로서 펠티에(Peltier) 소자를 이용할 수 있으나 이에 제한하는 것은 아니다. 아울러, 상기 냉각부(180)에는 응결수의 배출을 위해 배수펌프에 의해 음압이 제공되는 배수용 배관이 연결될 수 있으며, 필요에 따라 상기 염분 수집부(170)의 배수용 배관(DT)와 냉각부(180)의 배수용 배관은 하나의 배수펌프에 의해 음압이 제공되도록 구성되는 것도 가능할 것이다.

상기 검출부(190)는 액상 시료의 연소과정에서 유기탄소의 산화에 의해 발생된 이산화탄소를 비분산적외선(Non Dispersive Infra Red, NDIR) 검출기를 통해서 검출하여 TOC를 산출하는 것으로서, 측정농도 범위가 서로 다른 복수의 채널을 구비하고, 농도에 따라 자동으로 채널이 변경되도록 함으로써, 저농도 시료 측정의 정확도를 향상시킬 수 있는 것은 물론 고농도 시료의 측정도 가능하다.

한편, 상기 냉각부(180)에서 냉각된 산화가스는 기액분리장치를 통과시켜 액체와 가스를 분리하고 드라이어를 통과시켜 산화가스에 함유된 수분을 제거한 다음, 스크러버를 통과시켜 할로겐 물질(플루오린, 염소, 브롬, 아이오딘, 이스타틴, 테네신 등)을 제거한 상태로 검출부(190)로 제공될 수 있다. 할로겐 물질은 비분산적외선 방식의 검출부(190)의 측정 감도를 낮추는 원인이 되므로 제거하는 것이 바람직하다.

한편, 도면에는 도시하지 않았으나 TOC 측정값과 장치의 제어상태를 표시하기 위한 디스플레이부가 장치 전면에 마련될 수 있다.

지금부터는 상술한 염수용 TOC 측정장치의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.

첨부도면 중 도 5는 본 발명 염수용 TOC 측정장치의 작동 단계를 나타낸 순서도이고, 도 6 내지 도 12는 본 발명 염수용 TOC 측정장치에 따른 작동 단계별 작용도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같은 본 발명 염수용 TOC 측정장치는 시료 공급단계(S110), 산성 용액 공급단계(S120), 에어 공급단계(S130), 시료 이송단계(S140), 시료 산화단계(S150), 산화가스 냉각단계(S170), 수분 및 할로겐 제거단계(S180) 및 총유기탄소 측정단계(S190)를 반복하도록 자동 제어될 수 있으며, 필요에 따라 작업자가 시료 산화단계(S150)와 산화가스 냉각단계(S170) 사이에서 염분 결정 제거단계(S160)를 수행할 수 있다.

상기 시료 공급단계(S110)에서는 도 6과 같이 시료 공급부(120)의 제1펌프(123)를 구동시켜 시료 탱크(121)에 저장된 액상 시료를 제1배관(122)을 통해 베셀(110) 내부로 일정량 공급한다.

한편, 검사 정확도를 향상시키기 위해 상기 베셀(110) 내에 시료를 공급하고 이를 베셀(110)의 드레인 배출구를 통해 배출하는 과정을 2~3회 반복하는 것이 바람직하다.

상기 용액 공급단계(S120)에서는 도 7과 같이 용액 공급부(130)의 제2펌프(133)를 구동시켜 용액 탱크(131)에 저장된 산성 용액을 제2배관(132)을 통해 베셀(110) 내부로 일정량 공급함으로써, 상기 베셀(110) 내에 저장된 액상 시료의 수소 이온 농도를 낮춘다.

이어, 상기 에어 공급단계(S130)에서는 도 8과 같이 에어 공급부(140)의 제3펌프(142)를 구동시켜 제3배관(141)을 통해 에어를 도입하고, 이를 베셀(110) 내에 저장된 액상 시료에 공급하여 에어레이션 함으로써 액상 시료중의 무기탄소를 제거할 수 있다.

상기 시료 이송단계(S140)에서는 도 9의 (a)와 같이 구동부(153)를 이용해 니들(152)을 베셀(110)의 상부영역으로 이동시킨 상태에서, 상기 시린지(151, 도 2 참조)를 흡입 구동하여 베셀(110) 내부에 저장된 액상 시료를 시린지(151) 내부로 흡입한다.

이어 도 9의 (b)와 같이 구동부(153)를 이용해 니들(152)을 산화부(160)의 상부영역에서 하강시켜 니들(152)의 하단 개구를 연소로(161)의 길이방향 중심부에 위치시킨 다음, 상기 시린지(151, 도 2 참조)를 토출 구동하여 액상 시료를 배출하고, 액상 시료의 산화가 완료된 이후 니들(152)을 다시 상승시킨다.

이와 같은 니들(152)을 이용한 시료 이송 방식은 베셀(110)과 산화부(160) 사이의 시료 이송 과정에서 밸브와 같은 배관 연결 구조를 배제할 수 있으므로 유로 내에 누적되는 유기물 찌꺼기에 의해 유로가 막히거나 시료가 오염되는 것을 사전에 방지할 수 있다.

상기 시료 산화단계(S150)에서는 도 10과 같이 연소로(161)의 길이방향 중심부에서 배출된 액상 시료를 대략 1,100~1,250℃로 가열된 세라믹 볼(164, 도 3참조)과 접촉시켜 액상 시료 중에 포함된 유기탄소를 산화시키고 이를 통해 이산화탄소(CO2)가 포함된 산화가스를 제공한다.

상기와 같이 산화부(160) 내에서 생성된 이산화탄소를 포함하는 산화가스는 상기 에어 공급부(140)의 제3배관(141)으로부터 분기된 분기배관(141')을 통해 상기 튜브(162)의 상부 유입구(I)로 제공되는 탄소 성분을 포함하지 않는 에어의 공급 압력에 의해 연소로(161)의 하부 배출구로 배출되며, 상기 에어 공급부(140)로부터 제공되는 에어의 공급압력은 MFC(Mass Flaw Controller)에 의해 제어될 수 있다.

상기 산화단계에서 생성되어 산화부(160)의 하부 배출구로 배출되는 산화가스는 산화부(160)의 배출구에 연결된 염분 수집부(170)의 분기부(171)의 제2유로(171b)를 통해 냉각부(180) 측으로 제공되고, 상기 산화부(160)로부터 산화가스가 배출되는 과정에서 자연 냉각으로 인해 생성되는 응결수는 상기 분기부(171)의 하단부에 조립된 수집부 내에 저장된다. 이때, 상기 제2유로(171b)는 제1유로(171a)의 측면에서 가로 방향으로 배치되므로 분기부(171) 내에 저장된 응결수가 상기 제2유로(171b)를 통해 배출되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 무촉매 열연소 산화 방식을 통해 염분을 포함하는 액상 시료를 산화시키는 경우, 고온의 산화가스가 산화부(160) 외부로 배출되는 과정에서 산화부(160)와 냉각부(180)를 연결하는 배출유로 내벽에 염분 결정이 석출됨에 따라 산화부(160)의 잦은 유지보수가 요구되는 문제가 있다.

이에, 본 실시예에서는 상기 염분 결정 제거단계(S160)를 통해 염분 결정(SC)을 쉽게 제거할 수 있으므로 산화부(160) 내에 염분 결정(SC)이 누적되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 산화부(160)의 유지보수 또는 교체 주기를 연장할 수 있다. 뿐만 아니라, 염분 결정(SC)을 제거하는 작업이 산화부(160)의 하부에서 이루어짐에 따라 산화부(160)의 상승 열기를 피할 수 있어 작업 안전성을 확보하는 것은 물론, 염분 결정(SC) 제거 작업의 간소화가 가능하다는 장점이 있다.

도 11은 산화부(160)의 하단부에 조립된 염분 수집부(170) 내에서 산화가스와 응결수가 분리 배출되는 과정을 나타낸 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이 산화부(160)의 배출구를 통해 배출되는 생성된 산화가스는 염분 수집부(170)의 분기부(171) 내에 형성된 제1유로(171a)로부터 가로 방향으로 분기된 제2유로(171b)를 통해 냉각부(180) 측으로 이동하게 되고, 산화가스의 냉각과정에서 생성된 응결수는 제1유로(171a)의 하부로 흘러내려 분기부(171)의 하단에 조립된 수용캡(172) 내에 저장된 후, 수용캡(172)의 드레인 홀(172a)과 연결된 배수용 배관(DT)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

이때, 응결수의 배출을 위해 배수용 배관(DT)에 음압을 제공하는 배수펌프는 응결수를 간헐적으로 배출하도록 제어될 수 있으며, 상기 배수펌프가 구동하지 않는 상태에서는 배수용 배관(DT) 내에 응결수 방울(WD)이 존재하도록 하여 산화가스가 배수용 배관(DT)을 통해 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 배수펌프는 응결수의 배출량과 배수용 배관(DT)의 길이 등을 고려하여 배수용 배관(DT) 상에 적어도 하나의 응결수 방울(WD)이 존재하는 상태가 유지될 수 있도록 배수펌프의 적정 유속을 설정하여 상시로 구동하는 것도 가능하다.

아울러, 상기 염분 수집부(170)의 수용캡(172)은 도 12에 도시된 바와 같이 제1유로(171a)와 수용캡(172)의 내벽에 석출되는 염분 결정(SC)을 제거하기 위해 분기부(171)의 하단부에 탈착 가능하게 조립될 수 있다. 즉, 수용캡(172)을 분기부(171)로부터 분리한 상태에서 수용캡(172)을 거꾸로 뒤집어 수용캡(172) 내에 수집된 염분 결정(SC)을 털어내거나, 수용캡(172) 내벽과 제1유로(171a)의 내벽을 청소용 솔로 문질러 염분 결정(SC)을 제거하는 과정을 통해 제1유로(171a) 및 수용캡(172) 내에 석출된 염분 결정(SC)을 간편하고 쉽게 제거할 수 있다.

특히, 산화부(160)의 하부에 배치된 염분 수집부(170)를 이용하여 염분 결정을 수시로 제거하는 경우, 산화부(160) 내에 염분 결정이 과도하게 누적되는 것을 방지할 수 있으므로 산화부(160)의 유지보수 또는 교체 주기를 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 염분 결정(SC)을 제거하는 작업이 산화부(160)의 하부에서 이루어짐에 따라 산화부(160)의 상승 열기를 피할 수 있어 작업 안전성을 확보하는 것은 물론, 염분 결정(SC) 제거 작업의 간소화가 가능하다.

또한, 응결수가 염분 수집부(170)의 수용캡(172) 내에 저장되었다가 배출되므로, 종래와 같이 염분을 포함하는 응결수가 산화부(160)와 냉각부(180) 사이에서 산화가스를 이송하는 배관으로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해 산화가스를 이송하기 위한 배관의 내벽면에 염분결정이 석출되는 것을 방지할 수 있다.

상기 산화가스 냉각단계(S170)에서는 펠티에(Peltier) 소자로 이루어진 냉각부(180)를 이용해 상기 산화부(160)에서 배출되는 산화가스를 냉각시키고, 냉각 과정에서 생성된 응결수를 외부로 배출한다.

상기 수분 및 할로겐 제거단계(S180)에서는 기액분리장치(미도시)와 드라이어(미도시)를 이용해 산화가스 중의 수분을 제거한 다음, 스크러버(미도시)를 이용해 산화가스 중에 포함된 할로겐 물질을 제거한다. 비분산적외선 검출기에 염소 이온 등의 할로겐 물질이 유입될 경우 비분산적외선 검출기의 측정 감도가 낮아질 수 있으므로, 산화가스를 검출부(190)에 공급하기에 앞서 할로겐 물질을 제거하는 것이 바람직하다.

이어, 상기 총유기탄소 측정단계(S190)에서는 상기 산화부(160)에서 배출되고 냉각부(180)에서 냉각된 산화가스 중의 이산화탄소를 비분산적외선 검출기를 통해서 검출하여 TOC로 산출한다.

한편, 상기와 같은 일련의 측정과정이 종료된 이후에는 세정액을 이용해 제1배관(122), 제1펌프(123) 및 베셀(110)을 세정하는 단계와, 상기 니들(152)을 세정하는 단계를 수행할 수 있다.

또한, 에어 공급부(140)를 통해 제공되는 탄소 성분을 포함하지 않는 에어를 산화부(160)로 통과시키는 단계를 수행하여 산화부(160)의 튜브(162) 내에 잔존하는 산화가스를 완전히 배출시킴으로써 TOC 측정 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

110:베셀, 120:시료 공급부, 121:시료 탱크,
122:제1배관, 123:제1펌프, 130:용액 공급부,
131:용액 탱크, 132:제2배관, 133:제2펌프,
140:에어 공급부, 141:제3배관, 142:제3펌프,
143:이산화탄소 필터, 150:이송부, 151:시린지,
152:니들, 153:구동부, 154:토출배관 ,
155:흡입배관, 160:산화부, 161:연소로,
162:튜브, 162a:제1튜브, 162b:제2튜브,
163:히터, 164:세라믹 볼, 165:시브
166a:제1캡, 166b:제2캡, 170:염분 수집부,
171:분기부, 171a:제1유로, 171b:제2유로,
172:수용캡, 172a:드레인 홀, DT:배수용 배관,
WD:응결수 방울, SC:염분 결정, 180:냉각부,
190:검출부

Claims (7)

1. 염분을 포함하는 액상 시료를 무촉매 열연소 산화 방식으로 산화시켜 산화가스를 생성하는 산화부;
   상기 산화부의 하단부에 배치되고 상기 산화부로부터 산화가스가 배출되는 과정에서 생성된 응결수와 염분 결정이 하부로 흘러내릴 수 있도록 세로 방향으로 배치되는 제1유로, 상기 제1유로로부터 분기되어 산화가스를 배출하는 제2유로 및 상기 제1유로의 하단부에 배치되고 상기 제1유로를 통해 흘러내리는 응결수 및 염분 결정을 수집하는 수용캡이 형성된 수집부; 및
   상기 제2유로를 통해 전달된 산화가스 중의 이산화탄소를 검출하여 총유기탄소를 측정하는 검출부를 포함하고,
   상기 수집부는 상기 수용캡 내에 수집된 응결수를 외부로 배출하기 위해 수용캡의 하단에 형성되는 드레인 홀, 및 배수펌프에 의해 음압이 제공되고 상기 드레인 홀에 연결되는 배수용 배관을 더 포함하고,
   상기 배수펌프는 산화가스의 유출을 막기 위해 상기 산화부에서 배출되는 응결수의 배출량을 고려하여 배수용 배관 상에 적어도 하나의 응결수 방울이 존재하는 상태가 유지될 수 있는 유속으로 상시 구동 제어되는 염수용 TOC 측정장치.
2. 염분을 포함하는 액상 시료를 무촉매 열연소 산화 방식으로 산화시켜 산화가스를 생성하는 산화부;
   상기 산화부의 하단부에 배치되고 상기 산화부로부터 산화가스가 배출되는 과정에서 생성된 응결수와 염분 결정이 하부로 흘러내릴 수 있도록 세로 방향으로 배치되는 제1유로, 상기 제1유로로부터 분기되어 산화가스를 배출하는 제2유로 및 상기 제1유로의 하단부에 배치되고 상기 제1유로를 통해 흘러내리는 응결수 및 염분 결정을 수집하는 수용캡이 형성된 수집부; 및
   상기 제2유로를 통해 전달된 산화가스 중의 이산화탄소를 검출하여 총유기탄소를 측정하는 검출부를 포함하고,
   상기 수집부는 상기 수용캡 내에 수집된 응결수를 외부로 배출하기 위해 수용캡의 하단에 형성되는 드레인 홀, 및 배수펌프에 의해 음압이 제공되고 상기 드레인 홀에 연결되는 배수용 배관을 더 포함하고,
   상기 배수펌프는 산화가스의 유출을 막기 위해 상기 산화부에서 배출되는 응결수의 배출량을 고려하여 배수용 배관 상에 적어도 하나의 응결수 방울이 존재하는 상태가 유지될 수 있는 간격으로 간헐 구동 제어되는 염수용 TOC 측정장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 수용캡은 제1유로의 하단부에 탈착 가능하게 조립되는 염수용 TOC 측정장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 제2유로는 상기 제1유로의 측면에서 가로 방향으로 배치되는 염수용 TOC 측정장치.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 산화부는 염분의 결정화를 방지하기 위해 염분을 포함하는 액상 시료를 1,100~1,250℃로 가열하는 염수용 TOC 측정장치.

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