KR20150033517A - 약산성 용액 누설 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 약산성 용액 누설 감지 장치에 관한 것으로, 특히 시르트산, 개미산, 아세트산 등의 약산성의 화학 용액의 누설을 감지하기 위한 약산성 용액 누설 감지 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 필름재질로 된 베이스필름층; 상기 베이스필름층의 상부면에 길이방향으로 형성된 도전라인; 상기 도전라인을 덮으며, 약산성 용액에 용해 또는 침식되는 코팅층;으로 구성되며, 상기 코팅층은 약산에 용해 또는 침해되는 수지재 50~98 중량%와, 휘발성 용제 1~50 중량%와, 경화제 1~10 중량%가 혼합된 혼합물에 의해 형성된다.

Description

약산성 용액 누설 감지 장치{Weak acidic solution leak detection apparatus}
본 발명은 약산성 용액 누설 감지 장치에 관한 것으로, 특히 시르트산, 개미산, 아세트산 등의 약산성의 화학 용액의 누설은 물론 누설 용액의 종류까지 감지하기 위한 약산성 용액 누설 감지 장치에 관한 것이다.
본 출원인은 이미 여러건의 등록 특허(10-0909242, 10-0827385 등)에서 테이프 형태로 되어 누수가 발생하기 쉬운 위치에 설치함으로써 누수 발생을 쉽게 감지할 수 있도록 하는 테이프 형태의 누수감지센서를 제안한 바 있다.
도1 및 도2에 도시한 바와 같이 이러한 누수감지센서(100)는 하부접착층(120), 베이스필름층(110), 상부보호필름층(130)이 저면에서 상방으로 순차적으로 적층되어 이루어진다.
하부접착층(120)은 누수가 발생되는 곳에 부착하기 위한 것으로, 접착 테이프 형태로 구성되고, 베이스필름층(110)은 도전라인(111,112)이 상부에 형성되기 위한 층으로서, 도전라인(111,112)의 패턴을 인쇄 방식에 형성하기 위해 PET, PE, PTFE, PVC 또는 기타 테프론 계열의 재질의 필름으로 형성된다.
그리고, 도전라인(111,112)은 베이스필름층(110)의 상부표면에서 서로 이격되어 길이방향으로 평행하게 스트립 형태로 배치되며, 도전성 잉크 또는 은(Silver) 화합물로 인쇄된다.
상부보호필름층(130)은 베이스필름층(110)의 상부에 적층되어 도전라인(111,112)을 외부의 자극으로부터 보호하기 위한 층으로서, 베이스필름층(110)과 같이 PET, PE, PTFE, PVC 또는 기타 테프론 계열의 재질로 형성되며, 도전라인(111,112)에 해당하는 위치에 일정간격마다 센싱홀(131)이 관통되어 형성되도록 구성된다.
따라서, 누수가 발생하면, 누수가 발생된 위치의 센싱홀(131)을 통해 수분이 유입되어 두 도전라인(111,112)이 수분에 의해 통전되며, 원격의 제어기가 그 통전상태 즉 폐회로가 형성되는 상태를 파악하여 누수여부를 감지하고, 그에 따른 경보를 발생할 수 있게 된다.
그런데, 이러한 종래의 필름형 누수감지센서(100)는 도전성을 가져서 도전성 용액의 누설을 검출할 수 있지만, 약산성 용액만을 선택적으로 검출할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하고자, 약산성 용액에만 용해되는 코팅층을 도전라인의 상측에 코팅하여 물에서는 용해되지 않도록 하여, 약산성의 용액만 선택적으로 검출할 수 있는 약산성 용액 누설 감지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 도전라인의 기본 저항값으로부터 상하방향 리미트 저항값을 설정하여 리미트 저항값의 범위내로 저항값이 변화되는 시간을 측정하여 누설되는 용액의 종류까지 판별할 수 있도록 한 약산성 용액 누설 감지 장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 약산성 용액 누설 감지 장치는,
필름재질로 된 베이스필름층;
상기 베이스필름층의 상부면에 길이방향으로 형성된 도전라인;
상기 도전라인을 덮으며, 약산성 용액에 용해 또는 침식되는 코팅층;으로 구성되며,
상기 코팅층은
약산에 용해 또는 침식되는 수지재 50~98 중량%와, 휘발성 용제 1~50 중량%와, 경화제 1~10 중량%가 혼합된 혼합물에 의해 형성된다.
그리고, 본 발명은
필름재질로 된 베이스필름층;
상기 베이스필름층의 상부면에 길이방향으로 나란히 형성된 한 쌍의 도전라인;
약산성 용액에 의해 용해되는 재질로서, 상기 도전라인을 덮는 코팅층;으로 약산성 용액 감지 센서가 구성되고,
상기 약산성 용액 감지 센서에는 제어기가 연결되어 상기 도전라인에 센싱 전원을 공급함과 아울러 시간의 경과에 따른 저항값의 변화에 따라 경보를 발생하도록 구성된다.
이와같은 본 발명은 약산성의 용액에 용해 또는 침식되는 물질에 의해 도전라인 상부에 코팅층을 형성함으로써 약산성의 용액에 의해서만 한 쌍의 도전라인이 통전되므로 약산성의 성분을 정확하게 감지할 수 있으며, 아울러 테이프 형태를 가지므로 배관 등에 손쉽게 설치할 수 있을 뿐만 아니라 제조비용도 저렴하여 가격 경쟁력도 우수한 장점이 있다.
또한, 약산성 용액의 종류에 따른 경보를 발생함으로써 누설되는 용액의 종류에 대하여 빠르고 올바른 조치가 이루어질 수 있다.
도1은 공지의 누수감지장치의 분해 구조를 보인 도.
도2는 도1의 결합 단면도.
도3은 본 발명의 약산성 용액 누설 감지 장치의 분해 구조도.
도4는 도3의 결합 단면도.
도5는 본 발명에 시간의 경과에 따른 저항값의 변화를 판단하여 경보를 발생하기 위한 제어기가 연결된 구조를 보인 도.
도6은 누설된 약산성 용액의 종류에 따른 저항값의 변화에 의해 경보를 발생하기 위한 제어기의 동작 상태를 보인 그래프.
도7은 약산성 용액 감지 센서의 다른 형태를 보인 도.
도8 및 도9는 도전라인을 형성하기 위한 예를 보인 도.
본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 약산성 용액 감지 센서(200)의 기본적인 구조는 도1 및 도2에서 이미 언급한 형태와 동일하므로, 도3에서와 같이 도전라인(211,212)의 상측에서 베이스필름층(210)과 도전라인(211,212)을 덮도록 하는 코팅층(240)의 구성물질을 중심으로 설명한다.
먼저, 시르트산, 개미산, 아세트산 등의 약산성 용액은 도전성을 가지고 있으며, 도전성 잉크나 은 화합물에 의해 인쇄된 도전라인(211,212)은 약산성 용액에 용해되지 않는다.
따라서, 코팅층(240)은 물에 용해되지 않고, 단지 약산성 용액에만 용해되도록 하여야 하는데, 이를 위해 코팅층(240)은 그래핀(graphene) 분산액 2~30 중량%, 양이온 폴리스티렌, 35~60 중량%, 양이온 폴리우레탄 35~60 중량%가 혼합된 물질에 의해 형성된다.
그래핀은 탄소 동소체 중 하나로서, 열이나 전기전도도가 뛰어난 물질이며, 약산성 물질에 의해 반응하여 저항값의 변화가 발생하는 물질이다.
양이온 폴리스티렌은 약산성 물질에 반응하여 용해되는 성질을 가지고 있다.
양이온 폴리우레탄은 방수 목적으로 혼합되며, 물에는 용해되지 않아 도전라인(111,112)으로 물이 유입되지 않도록 하여 물에 의한 오동작을 방지하게 되며, 베이스필름층(110)에 코팅액이 쉽게 부착되어 코팅되도록 한다.
이렇게 혼합된 코팅액은 도전라인(211,212)을 덮도록 베이스필름층(210)의 상부면에서 2~20㎛의 두께를 가지고 도포되어 코팅된다.
따라서, 약산성 용액의 누설이 발생하면, 누설이 발생된 위치의 센싱홀(231)을 통해 약산성 용액이 유입되어 코팅층(240)이 용해되면서 그래핀 분산액의 저항값 변화가 발생한다.
그러므로, 약산성 용액에 의헤 저항값의 변화가 발생한 용해된 코팅층(240)에 의해 도전라인(211,212)이 통전되고, 이로인해 원격의 제어기가 그 도전상태에서의 저항값의 변화를 제공받아 약산성 용액의 누설여부를 확인할 수 있는 것이다.
본 발명의 또 다른 형태로서의 코팅층(240)은 약산 용액에 용해 또는 침해되는 수지재 50~98 중량%와, 휘발성 용제 1~50 중량%와, 경화제 1~10 중량%가 혼합된 혼합물에 의해 바 코팅(Bar coating), 슬롯 다이(slot die) 코팅, 그라비아 방식 등으로 형성된다.
이때 수지재는 폴리우레탄(PU), 폴리아세탈(POM), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA), 아이오노머(살린), 폴리아릴레이트, 폴리에스테르일래스토머(PEE), 페놀수지(PF) 중 어느 하나를 이용하며, 휘발성 용제는 솔벤트 계열(MEK, THF, 톨루엔, ECA, BCA 등)을 이용할 수 있으며, 경화제는 이소이사네이트 또는 멜라민을 이용하게 된다.
이러한 수지재는 약산성 용액에 의해 용해 또는 침식되지만 물에 의해서는 용해되지 않는 물질이며, 휘발성 용제와 경화제는 이러한 수지재가 코팅되었을 때 빠르게 경화되어 인쇄되는 코팅층(240)을 안정적으로 형성하기 위함이다.
또한, 이러한 코팅층(240)은 다양한 고분자복합소재로 형성될 수 있으며, 또한 도전라인(211,212)은 도전성 잉크 또는 은 화합물, 금속 박판 또는 시트 등 다양한 도전성 재질로 구성될 수 있을 것이다.
한편, 약산성 용액은 시르트산, 개미산, 아세트산 등의 다양한 종류를 가지지만, 상기에서 설명한 도전라인(211,212)이 통전되어 저항값의 변화가 발생하는 구조에서는 단순히 약산성 용액의 누설에 따른 저항값의 변화로 누설 상태만 알 수 있을 뿐 누설되는 약산성 용액의 종류는 확인하기가 매우 힘들다.
따라서, 본 발명에서는 시간의 경과에 따른 저항값의 변화에 따라 그 누설되는 약산성 용액의 종류를 확인할 수 있도록 한다.
이를 위해서 5(a)에 도시한 바와같이 약산성 용액 감지 센서(200)의 양단에 스타트 커넥터(400)와 엔드 커넥터(500)가 연결되는데, 스타트 커넥터(400)는 제어기(300)와 연결되고, 엔드 커넥터(500)는 약산성 용액 감지 센서(200)의 끝단에서 도전라인(211,212)을 연결하는 커넥터이다.
도5(b)는 약산성 용액의 누설이 발생하여 센싱홀(231)을 통해 유입되면, 코팅층(240)이 용해 또는 침식되면서 두 도전라인(211,212)이 통전되어 저항값의 변화가 발생한다.
도6은 이러한 도전라인(211,212) 사이의 저항값 변화에 따른 약산성 용액의 종류를 판별하는 제어기(300)의 동작 상태를 설명하기 위한 그래프로서, 제어기(300)에는 약산성 용액 감지 센서(200)의 센서 길이에 따른 기준 저항값이 설정되어 있는데, 이러한 기준 저항값을 기준으로 외부 온도, 습도, 전기적 잡음, 물리적 접촉 등의 외부 환경에 따라 발생하는 자체 저항값의 변화를 흡수하도록 '+' 오프셋(offset) 값과 '-' 오프셋 값이 설정된다.
이러한 오프셋 값은 약산성 용액 감지 센서(200)가 설치되는 환경에 따라 조절된다.
또한, 제어기(300)에는 기준 저항값의 '+'방향으로 알람 설정값(High Limit) 즉 상한 저항값이 설정되어 있고, '-'방향으로 알람 설정값(Low Limit) 즉 하한 저항값이 설정되어 있으며, 이러한 알람 설정값의 범위를 조절함으로써 센싱 감도를 조절할 수 있게 된다.
따라서, 약산성 용액이 누설되어 도전라인(211,212) 사이의 저항값이 점차적으로 낮아지면서 알람 설정값의 범위내에 들어오는 시간을 측정하여 약산성 용액의 종류를 판별할 수 있는 것이다.
예를 들면, 화학용액A의 경우에는 누설되어 코팅층(240)과 접촉하게 되면, 코팅층(240)이 용해 또는 침식되면서 저항값의 변화가 발생하고, 그 저항값의 변화가 발생하는 시점부터 알람 설정값의 범위내로 저항값이 변화하여 들어오는 시간을 제어기(300)에서 측정하여 그 측정 시간에 따라 약산성 용액의 종류를 판별할 수 있게 된다.
화학용액B와 화학용액C, 화학용액D의 경우에는 화학용액A보다 비교적 짧은 시간내에 알람 설정값의 범위내로 저항값이 변화하여 들어오므로, 제어기(300)는 이러한 시간을 측정하여 누설되는 약산성 용액의 종류를 판별할 수 있는 것이다.
따라서 제어기(300)는 각 화학용액의 저항 변화값이 알람 설정값(High Limit)과 일치하면 그 위치에서 경보를 발생하게 되고, 이후 지속적인 저항값의 변화를 감지하게 되는데, 어느 특정 화학용액의 경우 화학용액D와 같이 알람 설정값(Low Limit)를 벗어나도록 저항값의 변화가 발생할 수 있게 되며, 제어기(300)에서는 알람 설정값(Low Limit)이 벗어나는 위치에서 경보를 발생하게 된다.
제어기(300)에는 이러한 각종 약산성 용액의 시간경과에 따른 저항값의 변화에 대한 데이터를 저장하고 있어서, 초기 저항값의 변화가 발생한 시점부터 알람 설정값의 범위내로 저항값의 변화가 진입하는 시간을 특정하여 해당 시간에 해당하는 화학용액 즉 약산성 용액의 종류에 대한 경보도 발생할 수 있는 것이다.
또한, 이러한 테이프 타입의 약산성 용액 감지 센서(200)를 케이블 타입의 센서로 대체하여 본 발명의 약산성 용액 누설 감지 장치에 적용할 수 있는데, 도7에서와 같이 케이블 센서(600)는 2가닥의 도전선(610,620)이 나란히 이격되어 위치한 상태에서 그 외측에 강산성 용액에 의해 용해되는 재질로 피복층(630)을 코팅하도록 구성된다.
이러한 피복층(630)은 본 발명의 코팅층(240)과 같이 그래핀(graphene) 분산액 2~30 중량%, 양이온 폴리스티렌, 35~60 중량%, 양이온 폴리우레탄 35~60 중량%가 혼합되어 피복될 수 있다.
따라서, 약산성 용액이 피복층(630)에 접촉하게 되면, 피복층(630)이 용해되면서 저항값의 변화가 발생하고, 이러한 저항값의 변화에 의해 도전선(610,620) 사이의 저항값이 변화되는 구조이다.
이와의 동작은 이미 위에서 설명한 바와 같다.
그리고, 도전라인(211,212)은 아래 표1에서와 같이 다양하게 구성할 수 있다.
제1도전라인(211) 제2도전라인(212)
1 액티브 카본 또는 카본 블랙 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(Graphene) 화합물 액티브 카본 또는 카본 블랙 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(Graphene) 화합물
2 은 화합물 액티브 카본 또는 카본 블랙 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(Graphene) 화합물
3 금속박판 액티브 카본 또는 카본 블랙 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(Graphene) 화합물
4 기타 도전체 액티브 카본 또는 카본 블랙 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(Graphene) 화합물
또한, 도전라인(211)(212)을 액티브 카본 또는 카본 블랙 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(Graphene)이 포함된 화합물로 형성하는 경우에는 인쇄방식에 의해 형성되거나 또는 도8에서와 같이 베이스필름층(210)의 상부면에서 도전라인(211)(212)이 형성될 위치에 양면테이프를 부착시키거나 또는 접착제를 도포시켜 부착제(211-1)(212-1)를 형성한 다음 분말 형태의 액티브 카본 또는 카본 블랙 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(Graphene) 화합물을 뿌려서 형성할 수 있을 것이다.
즉 도전성 분말을 부착제(211-1)(212-1)에 뿌려서 도전라인(211)(212)을 형성하는 것이다.
따라서, 부착제(211-1)(212-1)가 형성된 위치에서만 도전성의 액티브 카본 또는 카본 블랙 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(Graphene)이 부착되어 도전라인이 형성될 수 있는 것이다.
또다른 방안으로, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 도전라인(211,212)을 형성시킬 수 있는데, 스퍼터링 공정은 진공 챔버에서 도전성을 가지는 금속과 본 발명의 베이스필름층(210)을 위치시키게 되는데, 이때 베이스필름층(210)에는 도전라인 형성될 위치를 제외한 부위에 도11에서와 같이 보호막(213)을 씌우게 된다.
이러한 보호막(213)은 합성수지재로 된 테이프가 될 수 있다.
도전성을 가지는 금속에는 (-)전압을 걸고, 베이스필름층(210)에는 (+)전압을 건 다음 진공 챔버내에 아르곤 가스를 투입하게 되면, 이온화된 아르곤 가스가 도전성을 가지는 금속과 충돌하여 튀어나온 금속 입자는 베이스필름층(210)에 증착된다.
증착 공정이 완료된 후 보호막(213)을 제거하면, 도전라인(211,212)이 형성되는 것이다.
이러한 스퍼터링 공정을 이용하는 이유는 도전성 잉크, 은 화합물, 금속 시트 또는 박판 등의 도전성 재질로 도전라인(211,212)이 형성되는 경우에 5~10㎛의 두께를 가지므로 높은 저항값을 가지며, 아울러 그 상부에 코팅층(240)이 도포되는 경우에 도전라인(211,212)과 코팅층(240)의 두께가 30~50㎛까지 두꺼워지게 되고, 또한 도전라인(211,212)의 두께에 의하여 코팅층(240)이 안정적으로 베이스필름층(210)에 부착되지 못하게 된다.
그러나, 이러한 스퍼터링 방식을 이용하는 경우에는 도전라인(211,212)의 두게가 0.1~1㎛를 가질 수 있으므로, 두께도 얇아지게 되고, 얇은 두께에 의하여 코팅층(240)이 베이스필름층(240)에 안정적으로 부착될 수 있는 것이다.
한편, 도전라인(211,212)은 굳이 2개가 아닌 액티브 카본 또는 카본 블랙 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(Graphene)으로 된 하나의 도전라인만 베이스필름층(210)의 상부면에 형성시키고, 그 하나의 도전라인의 양단을 도전성 케이블에 의해 제어기로 접속시킬 수 있을 것이다.
210 : 베이스필름층 211,212 : 도전라인
220 : 하부접착층 230 : 상부보호필름층
231 : 센싱홀 240 : 코팅층
300 : 제어기 400 : 스타트 커넥터
500 : 엔트 커넥터

Claims (11)

  1. 필름재질로 된 베이스필름층;
    상기 베이스필름층의 상부면에 길이방향으로 형성된 도전라인;
    상기 도전라인을 덮으며, 약산성 용액에 용해 또는 침식되는 코팅층;으로 구성되며,
    상기 코팅층은
    그래핀(graphene) 분산액 2~30 중량%, 양이온 폴리스티렌, 35~60 중량%, 양이온 폴리우레탄 35~60 중량%가 혼합되어 코팅된 것을 특징으로 하는 약산성 용액 누설 감지 장치.
  2. 필름재질로 된 베이스필름층;
    상기 베이스필름층의 상부면에 길이방향으로 형성된 도전라인;
    상기 도전라인을 덮으며, 약산성 용액에 용해 또는 침식되는 코팅층;으로 구성되며,
    상기 코팅층은
    약산에 용해 또는 침식되는 수지재 50~98 중량%와, 휘발성 용제 1~50 중량%와, 경화제 1~10 중량%가 혼합된 혼합물에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 약산성 용액 누설 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서, 수지재는 폴리우레탄(PU), 폴리아세탈(POM), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA), 아이오노머(살린), 폴리아릴레이트, 폴리에스테르일래스토머(PEE), 페놀수지(PF) 중 어느 하나이거나 또는 고분자 복합 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 약산성 용액 누설 감지 장치.
  4. 제2항에 있어서, 휘발성 용제는 솔벤트 계열인 것을 특징으로 하는 약산성 용액 누설 감지 장치.
  5. 제2항에 있어서, 경화제는 이소이사네이트 또는 멜라민(추가물질)인 것을 특징으로 하는 약산성 용액 누설 감지 장치.
  6. 필름재질로 된 베이스필름층;
    상기 베이스필름층의 상부면에 길이방향으로 형성된 도전라인;
    약산성 용액에 의해 용해 또는 침식되는 재질로서, 상기 도전라인을 덮는 코팅층;으로 약산성 용액 감지 센서가 구성되고,
    상기 약산성 용액 감지 센서에는 제어기가 연결되어 상기 도전라인에 센싱 전원을 공급함과 아울러 시간의 경과에 따른 저항값의 변화에 따라 경보를 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 약산성 용액 누설 감지 장치.
  7. 나란히 이격되어 위치하는 2가닥의 도전선;
    약산성 용액에 의해 용해 또는 침식되는 재질로서, 상기 도전선의 외측으로 피복되는 피복층;으로 구성된 약산성 용액 감지 센서가 구성되며,
    상기 약산성 용액 감지 센서에는 제어기가 연결되어 상기 도전라인에 센싱 전원을 공급함과 아울러 시간의 경과에 따른 저항값의 변화에 따라 경보를 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 약산성 용액 누설 감지 장치.
  8. 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 약산성 용액 감지 센서의 기준 저항값이 설정되고, 상기 기준 저항값의 '+'방향과 '-'방향으로 알람 설정값의 상한 저항값과 하한 저항값이 설정된 것을 특징으로 하는 약산성 용액 누설 감지 장치.
  9. 제1항 또는 제2항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전라인은 한 쌍으로 나란히 형성되고, 각 도전라인은 표1과 같이 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 약산성 용액 누설 감지 장치.
  10. 제1항 또는 제2항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전라인은 베이스필름층의 상부면에 부착제가 형성되고, 상기 부착제에 도전성 분말을 뿌려서 형성되는 것을 특징으로 하는 약산성 용액 누설 감지 장치.
  11. 제1항 또는 제2항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전라인은 스퍼터링(sputterin) 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 약산성 용액 누설 감지 장치.
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