KR20170098349A - 전기화학식 tro 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기화학식 TRO 측정장치에 관한 것으로, 내부에 측정공간부가 구비되고 상측으로 개방된 개방부가 구비된 측정셀; 상기 개방부에 착탈가능하게 결합되는 센서부; 샘플수를 유입시키도록 상기 측정셀의 일측에 형성되는 유입부; 상기 측정셀의 타측에 형성되어 상기 샘플수를 배출시키는 배출부; 및 상기 센서부에 나란히 설치되어 상기 측정셀의 측정공간부에 TRO를 측정하는 기준전극, 작업전극 및 상대전극으로 구성된 전극부를 포함하여 구성됨으로써 TRO 농도 측정시간을 단축하고 유지관리가 용이한 효과가 있다.

Description

전기화학식 TRO 측정장치 {Electrochemical TRO sensor}

본 발명은 전기화학식 TRO 측정장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 샘플수의 TRO 농도 측정시간을 단축하여 TRO 농도변화에 즉시 대응할 수 있는 연속식 구조를 갖는 전기화학식 TRO 측정장치에 관한 것이다.

해상에서 운송하는 화물 선박을 이용한 항만 무역이 증가함에 따라 해양환경에 대한 관심이 높아지고 있으며, 그 중 선박평형수(Ballast water)에 대한 문제점이 대두되고 있다.

선박의 균형, 안전성 및 조종 성능 향상 등을 위해 선박 내에 유입되는 해수를 선박평형수라 하고, 선박평형수는 한 항구에서 채워져 다른 곳으로 이송되고, 새로운 항구에 배출된다. 이와 같이 선박평형수는 배출되는 해역에 다른 국가 또는 지역에서 서식하거나 기생하는 해양생물이 유입됨에 따라, 기존의 토착 해양생태계를 파괴시킬 뿐 아니라, 병원균 및 독성 생물체의 인체유입으로 인간의 건강을 위협하고, 이 같은 생물종을 처리하는데 상당한 비용이 소요된다.

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

선박평형수 처리시스템에는 전기분해, 필터, UV, 화학약품, 오존 등 다양한 방식이 있으며, 그 중 대부분의 업체가 화학적 산화제를 발생시키거나 주입하여 미생물을 살균처리하고 있다. 이러한 선박평형수 처리시스템은 선박평형수의 TRO를 측정하기 위해 TRO 센서 유닛을 구비하고 있다.

여기에서, “TRO”는 “Total Residual Oxidant”의 약어로서, 선박평형수 처리시스템에서는 선박평형수 내에 존재하는 총 잔류 산화제를 의미한다.

현재 TRO 센서는 선박이 항해하는 경로에 따라 담수, 해수 등 다양한 수질 조건에서 작동해야 하므로, 수질변환에 상대적으로 덜 민감한 DPD 시약을 이용한 TRO 센서가 주로 사용되고 있다.

그런데 DPD 시약을 이용한 TRO 센서는 측정시간이 대략 1 분 정도로, 측정 시간이 길어지면 수질 변화에 따른 선박평형수 처리장치의 대응이 늦어질 수 있어 TRO 발생량 및 환원제 토출량에 영향을 줄 수 있다. 또한 TRO를 측정하기 위해 사용되는 DPD 시약의 보존기간이 약 1 개월 정도로 짧아 주기적인 교체가 필요하고, DPD 시약이 TRO와 반응하여 발색되는 정도차로 농도를 분석하는 방법이기 때문에 측정셀 세척이 원활하게 이루어지지 않으면 측정셀이 발색에 의해 변질될 수 되어 TRO 농도 분석시 분석오차가 발생할 수 있다.

이러한 문제점으로 인해 최근 전기화학식 TRO 센서가 개발 및 적용되고 있는 추세이며, 전기화학식 TRO 센서는 시약을 따로 사용하지 않고 측정이 가능하며, 측정시간이 20 초 이내로 DPD 시약을 이용한 TRO 센서 보다 상대적으로 짧아 측정시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.

한편, 전기화학식 TRO 센서는 3개의 전극 즉, 작업전극, 기준전극, 상대전극을 포함하고 있다. 전기화학식 TRO 센서는 TRO를 포함하고 있는 용액(샘플수)에 전위를 인가했을 때 작업전극과 상대전극 사이에서 흐르는 전류를 측정하여, 그 값을 농도로 환산한다. 이 때 전위는 작업전극과 기준전극 사이에서 인가되며, 샘플수의 다양한 조건에서 정확한 전위를 인가하는 것이 중요하다고 할 수 있다.

다양한 조건에서 동일한 전위를 인가하기 위해서 기준전극은 샘플수와 직접 접촉하지 않는 구조이고, 기준전극과 샘플수의 접촉면 사이에 내부전해질이 포함되어야 하는데, 일반적으로 전해질은 KCl 용액이 주로 사용되지만, 용액 타입의 내부전해질은 주기적인 보충이 필요하며 대기에 보관할 때에는 KCl이 접촉면에 석출되어 흰 결정으로 굳어져 측정이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 샘플수의 TRO 농도 측정시간을 단축할 수 있고, 유지 관리가 용이한 전기화학식 TRO 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치는, 내부에 측정공간부가 구비되고 상측으로 개방된 개방부가 구비된 측정셀; 상기 개방부에 착탈가능하게 결합되는 센서부; 샘플수를 유입시키도록 상기 측정셀의 일측에 형성되는 유입부; 상기 측정셀의 타측에 형성되어 상기 샘플수를 배출시키는 배출부; 및 상기 센서부에 나란히 설치되어 상기 측정셀의 측정공간부에 TRO를 측정하는 기준전극, 작업전극 및 상대전극으로 구성된 전극부를 포함한다.

여기서, 상기 전극부과 소정거리 이격 설치되는 온도센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치는, 상기 센서부에 벤트홀이 형성될 수도 있다.

또한, 상기 유입부는 상기 측정셀의 내측벽면에 따라 샘플수가 분사되어 분사된 상기 샘플수가 선회되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 기준전극은, 겔(Gel) 형태의 무보충형 내부전해질을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 연속식 측정셀 구조를 가지며 TRO를 측정함으로써 샘플수의 농도 변화에 즉시 대응할 수 있으며, 유량 변동에 따른 측정오차를 최소화하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 무보충형 내부전해질을 구비함으로써 내부 전해질을 보충하지 않고 사용할 수 있어 유지관리가 편리한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 전기화학식 TRO 측정장치의 측정셀이 분리가능한 구조로 구성되며, 각 전극들이 센서부와 분리될 수 있도록 구성됨으로써 전기화학식 TRO 측정장치의 수리 및 교체가 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치를 도시한 분해사시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치를 도시한 측면도이고,
도 3은 도 2의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치에 구비된 센서부의 저면도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치의 샘플수 흐름 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치의 해수 조건에서의 TRO 분해능 결과를 도시한 그래프이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치의 담수 조건에서의 TRO 분해능 결과를 도시한 그래프이다.

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 전기화학식 TRO 측정장치를 도시한 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치를 도시한 측면도이고, 도 3은 도 2의 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치(100)은, 측정셀(110)와, 측정셀(110)의 개방부에 체결되는 센서부(120)를 포함한다.

측정셀(110)는, 실린더 형태의 몸체(111)와, 몸체(111) 내부에 TRO농도를 측정하도록 샘플수가 유입되는 측정공간부(112)가 구비되고 상측으로 개방된 개방부가 구비된다.

또한, 상기 측정셀(110)에는 샘플수가 유입되도록 몸체(111) 일측에 관통 형성되는 유입부(111a)와, 몸체(111) 타측에 관통 형성되어 샘플수를 배출시키는 배출부(111b)가 구비된다.

여기서, 상기 유입부(111a)는 측정셀(110)의 내측벽면에 따라 샘플수가 분사되어 분사된 상기 샘플수가 선회되도록 형성될 수 있다. 즉, 유입부(111a)의 방향이 내측벽면에 접하는 방향으로 형성하여 유입부(111a)를 따라 분사된 샘플수가 내측벽면을 따라 회전하도록 구성한다.

또한, 유입부(111a)와 배출부(111b)에는, 각각 유입구(131a)가 관통형성되는 유입 연결부(131)와, 배출구(133a)가 관통형성되는 배출 연결부(133)가 삽입 설치된다.

한편, 측정셀(110)로 샘플수가 일정하게 공급되도록 유입 연결부(131)가 연결되는 정량펌프(미도시)가 포함할 수도 있다.

상기 측정셀(110)의 몸체(111) 하단에는 이물질이 중력에 의해 수집되어 배출되도록 경사지게 형성된 경사부(111d)와, 경사부(111d)의 하단과 연결되는 드래인(drain, 111e)이 구비된다.

또한, 드래인(111e)의 하단에는 배관체결구(135)가 구비되어 수집된 이물질이 배관(미도시)을 통해 배출될 수 있도록 구성된다.

한편, 측정셀(110)의 몸체(111) 상측에 형성된 개방부에는 센서부(120)의 안착부(123b)와 대응되는 형상으로 단부(111c)가 형성된다.

센서부(120)는, 측정셀(110)의 개방부에 착탈가능하게 결합되는 것으로, 다수개의 체결홀(123a)이 형성된 덮개판(123)과, 덮개판(123)의 하측에 설치되는 전극장착부(121)가 포함된다. 또한, 덮개판(123)의 상측으로 돌출되는 돌출부(125)가 구비된다.

덮개판(123)과 전극장착부(121)사이에는 측정셀(110)의 몸체(111)에 형성된 단부(111c)에 대응되는 형성으로 단차가 형성되는 안착부(123b)가 구비되어 센서부(120)가 측정셀(110)에 안착될 수 있도록 구성된다.

여기서, 덮개판(123)과 안착부(123b), 전극장착부(121)는 하나의 소재로 일체 성형될 수도 있으며, 각각 별개의 소재로 용접 등을 통해 결합 형성될 수도 있다.

한편, 상기 센서부(120) 덮개판(123)의 일측에는 벤트홀(123c)이 형성되어 측정셀(110) 내부의 기포가 제거될 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치에 구비된 센서부의 저면도로서 이를 참조하면, 센서부의 저면에는 전극장착부(121)가 포함된다.

전극 장착부(121)의 내측에는 기준전극(141), 작업전극(142), 상대전극(143)으로 구성되는 3 전극이 삼각(triangle) 구조로 배열된다. 3 전극으로 구성되는 전극부는 센서부에 나란히 설치되어 측정셀의 측정공간부에서의 TRO를 측정하게 된다. 또한, 3 전극 사이의 전위와 전류를 입력받아 자동으로 제어하는 제어기(미도시)가 포함되어 입력받은 전위/전류값으로부터 TRO농도를 측정할 수 있게 된다..

여기서, 3 전극은 백금, 금, 은 등의 금속 또는 귀금속으로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치(100)는 온도센서(145)가 3 전극에 영향을 주지 않도록 3 전극의 삼각 구조 외측에 소정거리 이격되어 설치될 수 있다. 온도센서(145)를 통해 온도에 따른 TRO 농도 측정값의 보정이 가능하다.

한편, 기준전극(141)은 전극, 내부전해질, 다공성 세라믹을 포함하여 구성되고, 기준전극(141)과 샘플수의 접촉면 사이에 내부전해질이 배치되어 기준전극(141)이 샘플수에 직접 접하지 않도록 구성한다.

여기서, 내부전해질은 겔(Gel) 형태의 무보충형 내부전해질을 사용함으로써 내부전해질을 보충하지 않고 사용하다가 일정시간 사용 후 교체할 수 있어 유지관리를 보다 용이하도록 구성할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치의 샘플수 흐름 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 전기화학식 TRO 측정장치에 구비된 유입부는 측정셀의 내측벽면에 따라 샘플수가 분사되도록 형성됨으로써 도 5와 같이 샘플수가 측정셀의 벽면을 따라 선회하는 유동 해석결과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 유입부를 통해 유입된 샘플수는 정량, 정속으로 공급되고 있으며, 내부의 불용체적(dead volume)이 최소화됨을 알 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 전기화학식 TRO 측정장치에 구비된 연속식 측정셀은 측정셀내로 유입되는 샘플수가 항상 동일한 조건에서 측정할 수 있도록 최적화시켰음을 알수 있다.

이와 같이, 본 발명의 전기화학식 TRO 측정장치는 측정셀 내에서 샘플수가 선회하는 사이클론(cyclone)구조와 정량펌프를 가짐으로써 샘플수가 연속적으로 일정하게 유입, 배출되게 되고, 샘플수의 유량 변동으로 인한 측정오차를 최소화할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치의 해수 조건에서의 TRO 분해능 결과를 도시한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치의 담수 조건에서의 TRO 분해능 결과를 도시한 그래프로서, 가로축은 측정시간이고, 세로축은 측정 전류값이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 전기화학식 TRO 측정장치를 이용하여 해수 및 담수조건에서 시험한 TRO 분리능 결과로부터, 본 발명의 전기화학식 TRO 측정장치로 TRO가 0 ~ 15 mg/L까지 측정이 가능한 것을 확인할 수 있다.

또한, 측정 개시 후 10초 이내의 구간에서도 TRO 분리능 결과가 양호하기 때문에 10초 이내 구간의 측정값을 사용할 수 있게 됨으로써 더욱 신속한 측정이 가능하게 되었다.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치는 담수 및 해수 조건에서 넓은 농도범위(0.2 ~ 15 mg/L)의 TRO 농도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 기준전극이 겔(Gel) 형태의 무보충형으로 구성하고 측정셀이 상하로 분리되고, 각 전극들이 센서부와 분리될 수 있도록 구성되어 전극의 수리 및 교체가 용이한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학식 TRO 측정장치는 샘플수가 연속적으로 유입 및 배출되는 구조를 갖는 사이클론 구조로 샘플수의 유량 변동을 최소화하여 측정 오차를 줄이는 효과가 있다.

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: 전기화학식 TRO 측정장치
110: 측정셀
111: 몸체
112: 측정공간부
120: 센서부
123: 덮개판
141: 기준전극
142: 작업전극
143: 상대전극
145: 온도센서

Claims (5)

1. 내부에 측정공간부가 구비되고 상측으로 개방된 개방부가 구비된 측정셀;
   상기 개방부에 착탈가능하게 결합되는 센서부;
   샘플수를 유입시키도록 상기 측정셀의 일측에 형성되는 유입부;
   상기 측정셀의 타측에 형성되어 상기 샘플수를 배출시키는 배출부; 및
   상기 센서부에 나란히 설치되어 상기 측정셀의 측정공간부에 TRO를 측정하는 기준전극, 작업전극 및 상대전극으로 구성된 전극부를 포함하는, 전기화학식 TRO 측정장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전기화학식 TRO 측정장치는,
   상기 전극부과 소정거리 이격 설치되는 온도센서를 더 포함하는, 전기화학식 TRO 측정장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 센서부에는 벤트홀이 형성되는, 전기화학식 TRO 측정장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 유입부는 상기 측정셀의 내측벽면에 따라 샘플수가 분사되어 분사된 상기 샘플수가 선회되도록 형성되는, 전기화학식 TRO 측정장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 기준전극은,
   겔(Gel) 형태의 무보충형 내부전해질을 포함하는, 전기화학식 TRO 측정장치.

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