KR20160006091A

KR20160006091A - 용액 누설 감지 장치

Info

Publication number: KR20160006091A
Application number: KR1020140138229A
Authority: KR
Inventors: 유홍근
Original assignee: (주)유민에쓰티; 유홍근
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2016-01-18

Abstract

본 발명은 용액 누설 감지 장치에 관한 것으로, 특히 하나의 센서에 의해 산성 용액, 중성 용액, 알칼리 용액의 누설을 감지하기 위한 용액 누설 감지 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 필름재질로 된 베이스필름층; 상기 베이스필름층의 상부면에 길이방향으로 나란히 형성된 한 쌍의 도전라인; 상기 베이스필름층의 상부면에서 도전라인을 덮을 수 있도록 산성 또는 알칼리 용액에 의해 용해 또는 침식 또는 분해되는 물질로 도포된 코팅층; 상기 코팅층의 상부면에서 적층되며, 도전라인에 해당하는 위치에 길이방향을 따라 복수의 센싱홀이 형성된 상부보호필름층;으로 구성되며, 상기 코팅층은 두 개의 도전라인을 모두 덮거나 또는 어느 하나의 도전라인만을 덮을 수 있도록 형성다.

Description

용액 누설 감지 장치{Solution leakage detection apparatus}

본 발명은 용액 누설 감지 장치에 관한 것으로, 특히 하나의 센서에 의해 산성 용액, 알칼리 용액의 누설을 감지하기 위한 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 누설감지센서를 제안한 바 있다.

도1 및 도2에 도시한 바와 같이 이러한 누설감지센서(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 누설감지센서(100)는 물의 누설을 검출할 수 있지만, 산성 용액, 알칼리 용액은 검출하지 못함으로써 유독성 또는 유해성을 갖는 용액의 검출하지 못하는 단점이 있다.

즉, 종래의 누설감지센서(100)는 두 도전라인(111,112)간에 물에 의하여 전기적 쇼트를 일으키면, 그에 따른 저항값 높낮이를 비교하여 액체검출 유무를 판단하는 일반적인 방식으로써 산성, 알칼리 용액을 검출하기 위해서는 각각 별도의 센서들을 모두 설치하여야 하므로, 설치비용 및 운용비용이 증가하고, 협소한 장소에서는 이들을 모두 설치하지 못하고 선택적으로 설치하여야 하므로 누설되는 용액의 종류를 정확히 검출하지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하고자, 누설되는 용액의 전기전도도에 따라 하나의 센서를 통해 산성 용액 및 알칼리 용액의 종류까지 검출하여 판별할 수 있는 용액 누설 감지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용액 누설 감지 장치는,

필름재질로 된 베이스필름층;

상기 베이스필름층의 상부면에 길이방향으로 나란히 형성된 한 쌍의 도전라인;

상기 한 쌍의 도전라인에 걸쳐 용액의 누설이 발생하면, 도전라인 사이의 전기전도도값을 인가받아 그 전기전도도값에 따라 누설되는 용액의 종류를 판별하는 제어기;로 구성된다.

이와같은 본 발명은 하나의 센서를 이용하여 누설되는 산성 또는 알칼리 용액의 종류까지 판별할 수 있으므로, 센서의 설치 및 운용비용이 현저히 절감되는 효과를 갖는다.

도1 및 도2는 종래의 누수감지장치의 구조를 보인 도.
도3은 본 발명의 용액 누설 감지 장치의 구조를 보인 도.
도4는 제어기에서 산성, 중성, 알칼리 용액의 판별을 위한 전압변화에 따른 pH변화를 보인 그래프.
도5는 강산성 용액의 전도도 변화에 따른 pH의 변화를 보인 도.
도6은 강염기성 용액의 전도도 변화에 따른 pH의 변화를 보인 도.

본 발명의 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 구조를 보인 도로서, 누설감지센서(100)는 종래와 유사하고, 본 발명에서는 도전라인(111,112)이 도전성 잉크, 은 화합물 뿐만 아니라 구리박판, 기타 도전성 금속 박판 등으로 형성될 수 있다.

누설감지센서(100)에 산성용액 또는 중성 용액 또는 알칼리 용액의 누설이 발생하여 도전라인(111,112)이 서로 통전되면, 제어기(200)에서는 이의 통전된 도전라인(111,112) 사이의 전압값을 인가받아 그 전압값의 변화에 따른 pH값을 산출하게 되어 그 pH값의 크기에 따라 용액의 종류를 판별하게 된다.

이를 위해 제어기(200)의 필터(210)는 누설감지센서(100)로부터 출력되는 전압값을 필터(210)에서 인가받아 대역통과시킴으로써 잡음을 제어하고, 이러한 잡음이 제거된 전압값은 신호변환부(220)로 입력되어 디지털 신호로 변환된다.

디지털 신호로 변환된 전압값은 프로세서(230)로 인가되어 누설된 용액의 종류를 판별한 다음 그에 따른 경보를 알람부(240)를 통해 발생하게 된다.

도4는 이러한 프로세서(230)에서 누설되는 용액의 종류를 판별하기 위하여 도전라인(111,112) 사이의 전기전도도값 변화에 따른 pH값의 변화를 예를 들어 보인 그래프로서, 도전라인(111,112) 사이의 전압값이 100~350mV사이에 위치한다면, pH값은 1~6의 값을 가지므로, 산성용액의 누설로 판별하여 알람을 발생시키게 된다.

도5는 산성용액(예를 들어, 강산성 용액)의 누설에 따른 전기전도도(condutivity)와 pH값의 변화를 보인 도로서, 전기전도도값의 감소에 따라 pH값이 증가하는 특성을 보이고 있다.

따라서, 도4에서와 같이 전기전도도의 변화에 따라 전압값이 변화하고, 이로인해 산출되는 pH가 변화하므로, 그 전압값의 변화에 따라 pH값의 변화를 산정하여 산성용액의 누설로 판별하는 것이다.

또한, pH6~8의 중성용액이 누설되는 경우에는 이론치로서 100~-100mV의 전압값을 가지게 되어 pH 7~8 구간은 (-)전압이 출력되지만, 프로세서(230)는 이를 (+)전압 영역으로 반전시켜 검출하게 된다.

즉, 이론적으로는 중성용액의 경우 전압값이 (+)영역에서 (-)영역으로 지속적으로 감소하는 구간에 위치하므로, (-)영역의 전압값을 (+)영역으로 반전시켜 검출을 용이하게 하는 것이다.

마찬가지로, pH8~14의 알칼리용액이 누설되는 경우에도 이론치로서 -100~-400mV의 전압값을 가지게 되지만, 프로세서(230)는 이를 (+)전압 영역으로 반전시켜 검출하게 된다.

도6은 알칼리(예를 들어, 강염기성 용액)의 누설에 따른 전기전도도(condutivity)와 pH값의 변화를 보인 도로서, 전기전도도의 증가에 따라 pH값이 증가하는 특성을 보이고 있다.

따라서, 도4에서와 같이 전기전도도의 변화에 따라 전압값이 변화하고, 이는 곧 pH의 변화를 나타내므로, 그 전압값의 변화에 따라 pH값의 변화를 산정하여 산성용액의 누설로 판별하는 것이다.

결국 본 발명에서는 하나의 누설감지센서(100)를 통하여 전기전도도의 변화에 따라 산성용액, 중성용액, 알칼리용액의 누설을 모두 감지할 수 있는 것이다.

도7은 본 발명의 제2실시예에 따른 누설 감지 센서를 도로서, 베이스필름층(300)의 상부에 도전라인(311,312)이 형성되고, 그 두 도전라인(311,312)의 끝단은 콘덴서(C)에 의해 연결된 상태이다.

도전라인(311,312)의 상측에는 산성 및 알칼리 용액에 의해 침식 또는 분해 또는 용해되는 코팅층(400)이 도전라인(311,312)을 덮도록 도포되며, 코팅층(400)의 상부에 적층되면서 도전라인(311,312)이 형성된 위치에 센싱홀(510)이 형성된 상부보호필름층(500)으로 구성된다.

도전라인은 인쇄방식, 증착(sputtering) 방식, 금속박판, 와이어 등에 의해 형성될 수 있으며, 코팅층(400)은 잉크, 레진, 필름 등의 고분자복합소재를 사용할 수 있다.

따라서, 산성 또는 알칼리 등의 화학용액이 누설되어 센싱홀(510)을 통해 유입되면, 코팅층(400)이 침식 또는 분해 또는 용해되면서 도전성을 갖는 산성 또는 알칼리 용액에 의해 두 도전라인(311,312)이 쇼트되는 것이다.

이때, 센싱홀(501)의 크기와 간격, 그리고 도전라인(311,312) 사이의 간격에 의하여 누설되는 용액에 의한 전기전도도가 달라지게 된다.

이러한, 전기전도도의 변화값에 의해 누설되는 용액의 종류를 판별할 수 있으며, 구체적인 내용은 하기에서 다시 설명한다.

도8은 이러한 누설 감지 센서와 제어기(600)가 연결되어 누설되는 용액의 종류에 따라 전기전도도를 확인할 수 있는 구조를 보인 도로서, 제어기(600)는 직류전원을 공급하는 전원부(610)와, 전원부(610)로부터 공급되는 전원에 의해 10hz~10KHz의 주파수를 발진하여 누설 감지 센서의 하나의 도전라인(311)에 공급하는 주파수 발진기(620)와, 또 하나의 도전라인(312)으로부터 입력되는 주파수를 증폭율과 처리를 용이하게 하기 위한 주파수를 변환하는 주파수 변환기(630)와, 주파수 변환기(630)의 출력을 증폭하는 증폭기(640)와, 증폭기(640)로부터 출력되는 주파수 신호를 필터링하는 밴드패스필터(650)와, 밴드패스필터(650)의 출력을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(660)와, 상기 A/D 변환기(660)에 의하여 변환된 신호에 의해 저항값에 따른 전기전도도를 판별함으로써 용액의 종류를 판별하는 MCU(670)로 구성된다.

따라서, 용액의 누설에 의해 두 도전라인(311,312)이 쇼트되어 전기전도도값의 변화가 발생하면, 주파수 변환기(630, 증폭기(640), 밴드패스필터(650), A/D 변환기(660)을 통해 MCU(670)가 입력받아 전기전도값의 크기에 따른 용액의 종류를 판별하게 된다.

도9는 도전라인(311,312)과 코팅층(400)의 구성 형태를 보인 누설 감지 센서의 단면 구조를 보인 도로서, (a)는 베이스필름층(300)의 상부면에 형성된 도전라인(311,312)이 모두 카본인쇄 또는 도전성 코팅 또는 증착방식에 의한 박막으로 구성된 형태이고, 코팅층(400)이 두 도전라인(311,312)을 모두 덮도록 도포되어 있으며, 상측으로는 접착제(320)에 의해 센싱홀(510)이 형성된 상부보호필름층(500)이 적층된 구조를 갖는다.

(b)의 경우에는 어느 하나의 도전라인(311)이 은 화합물로 인쇄되거나, 고전도성 재질 또는 도전성 금속 박판에 의해 형성되며, 또 다른 도전라인(312)은 카본인쇄 또는 도전성 코팅 또는 증착방식에 의한 박막으로 구성된 구조를 갖는다.

(c)의 경우에는 도전라인(311,312)이 모두 은 화합물로 인쇄되거나, 고전도성 재질 또는 도전성 금속 박판에 의해 형성되는 구조이다.

도10의 (a)와 (b)는 은 카본인쇄 또는 도전성 코팅 또는 증착방식에 의한 박막으로 구성된 두개의 도전라인(311,312) 중 어느 하나의 도전라인 상부에만 선택적으로 코팅층(400)이 형성된 구조로서, 코팅층(400)이 누설되는 용액에 의해 파괴되면, 두 도전라인(311,312)이 쇼트될 수 있는 구조이다.

(c)부터 (f)는 하나의 도전라인이 은 화합물로 인쇄되거나, 고전도성 재질 또는 도전성 금속 박판에 의해 형성되고, 또 다른 도전라인은 카본인쇄 또는 도전성 코팅 또는 증착방식에 의한 박막으로 구성되며, 코팅층(400)이 어느 하나의 도전라인 상부에만 선택적으로 코팅층(400)이 형성된 구조이다.

도11의 (a)는 베이스필름층(300)의 상부에 은 화합물로 인쇄되거나, 고전도성 재질 또는 도전성 금속 박판에 의해 형성된 두 개의 도전라인(311,312)이 형성된 구조이고, (b)는 고전도성 재질 또는 도전성 금속 박판에 의해 형성된 두 개의 도전라인(311,312)의 상부면에 각각 카본인쇄 또는 도전성 코팅 또는 증착방식에 의한 박막으로 구성된 도전라인(313,314)이 적층되어 형성된 구조로서, 이는 산성용액이 코팅층(400)을 용해 또는 침식 또는 분해하면서 상부의 도전라인(313,314) 사이로 유입되면, 그 두 도전라인(313,314)이 서로 쇼트된 상태에서 파괴되고, 그 파괴에 의해 하부의 도전라인(313,314)이 쇼트됨으로써 산성용액의 누설을 감지하는 구조이다.

물론, 알칼리 용액이 누설되는 경우에는 상부의 도전라인(313,314)이 파괴되지 않고 쇼트만 발생하므로, 알칼리 용액의 누설로 판별할 수 있는 것이다.

도12는 이러한 전기전도도값의 변화에 의해 누설되는 용액의 종류를 판별하기 위한 기술적인 배경을 설명하기 위한 도로서, (a)는 서로 간격을 두고 두 개의 전극이 위치하여 대전되면, 상호간의 전기전도도 아래의 수학식1 및2로 정리할 수 있다.

여기서,

R은 전극저항,

ρ는 비저항(고유저항),

I는 두 전극간의 거리,

S : 전극의 단면적이다.

여기서,

L은 전기전도도이다.

따라서, 이러한 기술적인 배경을 본 발명의 누설 감지 센서에 적용하면, (b)에서와 같이 두 도전라인(311,312) 사이의 거리는 I와 대응되고, 두 도전라인(311,312)의 고유저항은 ρ와 대응되며, 센싱홀(510)의 크기는 S와 대응된다.

그러므로, 누설되는 용액의 전기전도도값에 크게 영향을 주어 센싱 감도를 높이기 위해서는 도전라인(311,312)의 고유저항이 낮고, 서로 간격이 최대한 가까워야 하며, 센싱홀(510)의 크기가 크게 형성되어야 하는 것이다.

도13은 저항값과 전기전도도의 관계를 보인 도로서, 저항값이 클수로 전기전도도는 낮아지게 되며, 저항값이 낮을수록 전기전도도가 커지게 되는 상관관계를 보인 것이다.

즉, 누설되는 액체에 포함된 이온의 농도에 따라 전기전도도에 영향을 주게 되며, 따라서, 제어기(600)는 이러한 전기전도도값에 따라 산성 또는 알칼리 용액의 누설로 판별할 수 있게 된다.

또한, 전기전도도는 두 도전라인(311,312)의 이격된 거리의 비로 정의된 셀 상수에 의해 결정 되는데, 이러한 셀상수는 예를들어 두 도전라인(311,312)이 가로 및 세로가 1cm의 크기를 가지는 경우 아래의 수학식3에 의해 정의된다.

따라서, 셀상수가 커질수록 전기전도도의 범위가 넓어지는 결과를 가져온다.

이러한 셀상수에 의한 누설되는 용액의 전기전도도는 컨덕턴스와 셀상수의 곱으로 결정된다.

도14는 코팅층(400)의 두께에 따라 제어기(600)로 입력되는 전기전도도 신호의 크기를 보인 그래프로서, 코팅층(400)의 두께가 두꺼울수록 전기전도도 신호를 약해지므로, 코팅층(400)의 두께를 0.1~50㎛, 바람직하게는 1~10㎛정도로 최대한 얇게 하여야 하며, 코팅층(400)의 두께가 두꺼운 경우에는 센싱홀(510)의 크기를 크게 하여 전기전도도 신호가 정확히 제어기(600)로 입력되도록 하야야 한다.

도15는 필름 타입이 아닌 와이어 타입의 누설 감지 센서를 보인 도로서, 도전성을 가지는 한 쌍의 센싱전극에 외표면에 산성 및 알칼리에 의해 용해 또는 침식 또는 분해되는 코팅층을 형성하고, 그 코팅층의 외부에 매쉬 형태의 보호막을 씌워서 구성할 수 있을 것이다.

100 : 누설감지센서
110 : 베이스필름층 111,112 : 도전라인
120 : 하부접착층 130 : 상부보호필름층
131 : 센싱홀
200 : 제어기
210 : 필터 220 : 신호변환부
230 : 프로세서 240 : 알람부

Claims

필름재질로 된 베이스필름층;
상기 베이스필름층의 상부면에 길이방향으로 나란히 형성된 한 쌍의 도전라인;
상기 한 쌍의 도전라인에 걸쳐 용액의 누설이 발생하면, 도전라인 사이의 전기전도도값을 인가받아 그 전기전도도값에 따라 누설되는 용액의 종류를 판별하는 제어기;로 구성된 것을 특징으로 하는 용액 누설 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 베이스필름층의 상부면에는 도전라인을 덮을 수 있도록 산성 또는 알칼리 용액에 의해 용해 또는 침식 또는 분해되는 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 용액 누설 감지 장치.
제2항에 있어서, 상기 코팅층의 상부면에는 도전라인에 해당하는 위치에 길이방향을 따라 복수의 센싱홀이 형성된 상부보호필름층이 적층되는 것을 특징으로 하는 용액 누설 감지 장치.
제2항에 있어서, 상기 코팅층은 두 개의 도전라인을 모두 덮거나 또는 어느 하나의 도전라인만을 덮을 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 용액 누설 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 도전라인은 도전성 물질에 의해 인쇄 또는 코팅되거나 또는 도전성 박막 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 용액 누설 감지 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전라인의 단면적, 두 도전라인의 간격, 센싱홀의 크기 및 간격, 코팅층의 두께에 의해 누설되는 용액의 전기전도도값이 결정되는 것을 특징으로 하는 용액 누설 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 도전라인의 상부면에는 산성용액에 의해 용해 또는 침식 또는 분해되는 도전성 물질이 적층되어 구성된 것을 특징으로 하는 용액 누설 감지 장치.
서로 간격을 유지하면서 나란히 형성된 한 쌍의 도전성 와이어가 구비되고, 상기 도전성 와이어의 외측에는 산성 또는 알칼리 용액에 의해 용해 또는 침식 또는 분해되는 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 용액 누설 감지 장치.