KR890000606B1 - 가스분석기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가스분석기

제1도는 본 발명에 따르는 가스분석기의 단면도.

제2도는 본 발명의 분석기를 형성하는 조립품의 분해사시도.

본 발명은 가스분석기에 관한 것으로, 특히 개량된 전기화학 가스분석기에 관한 것이다.

거상 혼합물의 산소함량과 유체의 용해 산소함량 측정에는 여러가지 형의 전해 산소 감지장치가 이용된다. 전형적으로 이들 장치는 전해질에 거리를 두고 침지된 한쌍의 전극을 이용하는 전해전기를 사용하고 있다. 이 전지는 산소의 농도를 측정하기 위하여, 산소의 환원으로부터 유도된 전기 파라미터를 이용한다.

미국특허 No. 3,429,796에는 전기화학 가스분석기가 발표되어 있는바, 여기에서는 플라스틱막으로 피복된 평평한 평면 망상음극을 사용함으로써 응답의 일차성이 개선된다. 이것은 넓은 범위에 걸친 정확한 응답에 요구되는, 음극과 박막사이의 균일한 전해필름을 제공한다.

미국 특허 No. 3,767,552는 내부 용적변화에 기인하는 온도나 압력의 급격한 변화에 대항하여 음극막의 승강을 제거시키기 위해서 팽창막과 소실(小室)을 이용하는 전기화학 가스분석기를 개시한 것이다. 상향으로 돌출하는 균일하게 만곡된 음극은 신장된 가스-투과성 음극막과의 긴밀하고도 연속적인 접축을 이루어서 대단히 안정한 응답을 제공한다.

이와같은 장치도 측정물질의 함유분이 실질적인 양의 아산화질소를 함유하는 조건하에서 사용되는 경우 부정확한 결과를 나타내며, 그 이유는 전지가 아산화질소에 작용하여 질소가스를 형성하는바, 이 질소가스는 아산화질소보다 플라스틱 음극막에 대한 투과성이 적기 때문에 팽창막이 팽창한계에 도달한 이후 내부용적과 내부압력을 실질적으로 상승시키기 때문이라는 것이 발견되었다. 또한 수소와 헬리움과 같은 고투과성의 배경가스는 전지내로 용이하게 확산하여 과다한 내부용적 팽창과 압력을 발생시키고, 이것은 모두 음극막의 승강을 초래하게 된다는 것도 역시 발견되었다.

따라서 본 발명의 목적은 고투과성 배경가스에 의하여 유발된 내부압력에 대한 전기화학 가스분석기의 감도를 대폭 감소시키는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타목적과 이점은 가요성 팽창막에 의하여 제1전지실과 제2전지실로 분할되는 중앙통로를 갖는, 절연체를 포함하는 가스분석기 전지에 의하여 도달된다. 이 전지실은 비극성금속의 양극물질을 함유하고, 액체에 대하여는 불투과성이나 기체에 대하여는 투과성인 막으로 피복된 극성금속의 균일하게 만곡된 음극부재로 포위되어 있다. 그리고 전해질이 전지실을 채우게 된다.

약간 상향 돌출하여 만곡된 음극과 가스트과성막은 가스투과성 섬유층으로 피복되고, 다음에는 절연세에 고착된 환판(環板)에 의하여 고정된 금속망으로 피복된다. 금속망과 섬유층은 음극막을 전지의 음극엔 대하여 균일하고 견고하게 유지시키며, 따라서 막은 상승된 내부압력의 조건하에서도 상승되거나 또는 그의 위치가 변화되지 않으며, 그에 따라 부정확한 결과가 제거된다.

본 발명을 도면과 관련하여 상세히 설명하고져 한다.

제1도 및 2도를 참조하면, 분석기 전지(10)가 절연체(14)내에 위치하여 도시되어 있다. 전지(10)의 절연체(14)는 절연물질로 형성되어 있으며, 이것은 바람직한 구체예에서는 폴리에틸렌과 같은 열가소성 탄화수소일 수 있다. 이와같은 물질은 장치의 여러 부분에 대하여 열밀봉형성을 용이하게 한다. 전지(10)는 사용가능한 양극금속이 산화물의 형태로 전환될때까지 사용되기에 적합한 밀봉된 유니트이다. 다음에 전지(10)는 폐기하고 새것으로 대체된다.

전지(10)는 절연체(14)는 원통형으로서, 호울더(도시되지 않았음)에 삽입하기 적당한 것이 바람직하다. 축상통로(16)가 절연체(14)에 관통 연장되어 있다. 통로(16)는 그의 견부(24)에서 절연체(14)에 부착된 가요성 팽창막(22)에 의하여 상부 전해 전지실(18)과 하부 팽창실(20)로 분할되어 있다. 막(22)은 접착제나 또는 열밀봉방법에 의하여 절연체(14)에 밀봉될 수 있다.

견부(24)위에서 통로(16)는 넓은 원통형 개구(27)를 형성하고 플랜지(26)에서는 적은 원통형 개구(28)로 한정된다. 양극(30)은 플랜지(26)로 고정된 상부 표면을 갖는다.

팽창실(20)은 접착제나 열밀봉에 의하여 절연체의 통로(16)에서 견부(34)에 부착된 단판(32)으로 포위된다. 단판(32)은 유리 강화 에폭시와 같은 경성의 절연물질로 형성될 수 있다. 판(32)의 저부표면(38)에는 도금 또는 본분야에 잘 공지되어 있는 밀착 박막을 부착시킴으로써 양극 접촉면적과 음극 접촉면적(두부분 모두 도시되지 않았음)이 마련되어 있다.

양극(30)은 전해질과 반응하지 않는 납, 카드뮴 또는 안티몬과 같은 다공성, 고-표면적의 비-극성 금속체로 형성된다. 바람직한 구체예에서 양극(30)은 팽창실(22)에 압력파나 파동(surge)이 신속하게 통과하도록 중앙개구(46)를 갖는다.

양극은 제위치의 소결에 의하여 납으로 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 상세히는, 입상 납을 응집체로 형성시키고, 입자 표면상의 산화물 피복을 제거하기 위하여 예비처리하는 것이 바람직하다. 예를 들면 평균크기가 5내지 10밀인 납 과립을 성형기구내의 절연체(14)내에 위치시키고 수산화칼륨의 10% 용액으로 피복한다. 수산화칼륨으로 피복시킨채로 압축성형하면 입자는 응집체로 소결되고 산화물 피복은 제거된다.

접촉선(52)을 양극(30)에 연결한다. 선(52)은 절연체(14)의 측부로, 연장되는 기계로 성형한 보어(56)내의 적은 직경의 개구(54)내로 관통시킨다. 선(52)은 보어(56)에 수납되어 있는 스테인레스 강철로 적의 형성된 전도성 플럭(58)에 용접된다. 선(60)의 여분의 길이는 플럭(58)의 외부에 용접된다. 선(60)은 팽창실(22)의 하방에서 개구(64)를 통하여 절연체(14)에 재삽입된다. 다음에 선(52)은 단판(32)의 개구(66)를 통과하여 표면(38)상의 양극 접촉부에 연결된다.

양극(30)의 정부표면은, 양극(30)으로부터 누출된 입자가 전해질내로 이동하고 음극과 접촉하여 전지(10)를 부분 단락시키는 것을 방지하기 위하여, 액체에 대하여는 투과성이나 고체에 대하여는 불투과성인 물질의 원판(70)으로 포위될 수 있다. 원판(70)은 여과지로 적당히 형성되며, 원판(70)의 연부를 양극(30)의 중앙 정부표면에 압착시키는 플라스틱 워셔(72)에 의하여 고정된다.

전지실(18)은 볼록한 다공성 음극(74)으로 포위된다. 음극(74)의 외면부(76)는 절연체(14)를 통하여 통로(16)의 개구(28)상 견부(80)에 수납된다. 가스-투과성이고 액체-불투과성인 막(84)은 음극(74)까지 신장되고, 플랜지(26) 상부표면에 마련된 홈(86)에 열밀봉된 외연부를 갖는다.

연결선(90)은 음극(74)에 용접되고, 전지 절연체(14)의 측에 마련된 제2보어(94)내로 구공(92)을 통하여 관통한다. 선(90)은 보어(94)에 수납된 전도성 밀봉 플럭(96)에 용접된다. 부가적인 선(98)은 플럭(96)의 외측표면에 용접되고, 팽창막(22) 하방의 절연체내 개구(102)를 통하여 절연체(14)내로 하향 연장된다. 선(98)은 기판(32)내 개구(104)를 통하여 연속되어 표면(38)상의 음극접촉부와 접촉된다.

외부 음극표면이 평활하고 균일하면 음극막과의 접촉이 더욱 균일하고 긴밀하기 때문에 평면상 다공성 금속물질을 이용하는 것이 바람직하다. 평면상의 다공성 금속물질은 전기 형성되거나 전기 부식된 금속으로 형성되거나 또는 다공성 금속 쉬이트나 금속필름으로 형성될 수 있다.

음극표면은 극성금속, 적당하기로는 금, 은 또는 백금과 같은 금속으로 형성된다. 음극은 귀금속으로 도금되거나 피복된 내심부로 형성될 수 있다. 접촉선에의 연결을 용이하게 하기 위하여는 심부는 저항 용접가능한 물질인 것이 바람직하다. 예를들면 음극은 처음에 은으로 도금된 다음 금으로 도금된 놋쇠로 형성될 수 있다.

전성(展性)의 음극(74)은 적당한 형상의 성형기에 의하여 원하는 볼록한 형태로 성형된다. 음극의 곡율은, 음극과의 접촉은 확실하나 막을 그의 탄성한계 이상까지 신장시키지 않게 하도록 막을 인장하기에 충분하여야 한다.

음극은 음극이 사용조건하에서 굽거나 주름지거나 의곡되지 않도록 볼록한 형상을 갖고, 그를 유지할 수 있는 것이 바람직하다. 금도금된 놋쇠 음극은 원하는 비가요성을 나타내도록 10 내지 25밀의 두께를 갖는 것이 적당하다.

음극막(84)은 음극(74)까지 신장되어 고정 밀봉된다. 음극막(84)은 가스를 전기(10)내로 통과되게 하면서 전지(10)내에 전해질을 밀봉시킨다. 막(84)은 전해질에 대하여 비활성인 유기 합성수지인 것이 바람직하고, 폴리에틸렌, 폴리푸로필렌 또는 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 비닐수지인 것이 적당하다.

전지(10)내의 과다한 압력으로 유발된 음극막(84)의 승강을 제거하기 위하여 음극막(84)상에 섬유상소자(110)를 위치시키고, 음극(74)과 동일한 크기와 형상을 가지며 닉켈-도금의 놋쇠로 구성된 제2망상소자(112)를 그 위에 위치시킨다. 소자(112)는 스테인레스 강철 스크류(118)에 의하여 절연체(14)내 동공(116)에 고정된 스테인레스 강철환(114)에 의하여 고정 유지된다. 소자(112)는 섬유소자(110)에 의하여 완충되며 따라서 이것은 그의 표면에 일치하고, 전지(10)내의 압력으로 유발될 음극막(84)의 승강을 제거할만한 실질적인 강도를 나타낸다. 섬유소자(110)는 다공성이고 따라서 측정될 가스에 투과성인 물질로 이루어진다. 바람직한 구체예에서는 0.010인치의 두께와 약 1내지 2미크론의 구공을 갖는 테플론 물질이 이용된다.

팽창막(22)은 가요성 합성수지로 형성되며, 음극막(84)보다 더욱 가요성을 갖는 정도의 두께와 물질로 마련된다. 팽창막(22)도 역시 전해질에 대하여 비활성이다. 예를 들면 음극막(84)은 0.125 내지 2.0밀 두께의 폴리테트라플루오로에틸렌으로 형성되는 것이 적당하고, 팽창막(22)은 1 내지 4밀 두께의 폴리에틸렌 필름으로 형성되며, 2내지 3밀 두께의 적층 폴리에틸렌으로 형성되는 것이 적당하다.

전해질은 염기성, 중성 또는 산성일 수 있으나 다음과 같은 물질중의 어느 하나 또는 그의 혼합물의 수용액인 것이 바람직하다 : 즉 수산화칼륨, 탄산칼륨, 인산칼륨으로서, 예를들면 수산화칼륨의 10%용액이 있다.

전지는 절연체내에서 홈, 견부 및 함몰부를 기계가공함으로써 제조한다. 장치의 부품들은 제2도에 도시하고, 위에서 설명한 것과 같이 조립한다. 전지는 외부 회로를 통하여 전지를 연결하는 호울더에 삽입되며, 측정중 음극막의 외표면은 시험되는 시료에 침지된다. 막은 막의 각개측에 있는 산소의 농도에 비례하는 속도로 산소를 전지실내로 투과하게 한다. 전지가 동적 평형인 경우 전지내 농도는 무시할 수 있기 때문에 산소의 유입속도는 시험되는 시료매 산소농도에 비례한다. 음극에 도달하는 산소는 환원되어 히드록실 이온을 형성한다. 동시에 양극에서 발생된 납이온은 불용성의 2산화납을 형성한다. 상기 반응속도에 상응하는 전류가 외부 회로내에서 유동하여 전류계나 레코더상에는 그에 상응하여 계기로 나타난다.

본 발명의 바람직한 구체예만을 기술하였으나, 본 분야의 숙련자는 본 발명의 취지와 범위로부터 이탈하지 않는, 여러가지 대체와 변화 및 수정을 가할 수 있음을 이해하여야 한다. 예컨대, 측정물질이 전해질로 포위된 양극과 음극에 도달할 수 있게 하기 위하여 가스-투과성이나 액체-불투과성인 막을 이용하고, 막이 내압을 변형시키는, 가스분석기 전지는 그의 의곡을 배제하기 위하여 막을 고정시키도록 하는 배치를 이용할 수 있다. 따라서 본 발명은 다음과 같은 청구범위를 취하게 된다.

Claims (7)

1. 중앙통로를 갖는 본체와, 가스압의 상승에 상응하여 전지내의 용적을 팽창시키는 기구와, 중앙통로에 위치한 비-분극성 금속의 양극집체(集體)와, 통로 일단의 분극성 금속의 음극부재와, 통로외부에서 음극부재를 피복하는 가스-투과성이나 액체-비투과성인 막 및 양극집체와 음극부재 사이의 중앙통로를 충전(充塡)하는 전해질로 구성되는 가스분석기 전지에 있어서, 상기 막을 피복하는 금속망과, 막과 금속망을 분리시키도록 가스에 투과성인 기구 및 상기 망이 상기 막에 견고히 겹치도록 금속망의 연부를 고착하는 기구를 포함함으로써 개량된 것을 특징으로 하는 가스분석기 전지.
2. 제1항에 있어서, 금속망과 막을 분리시키는 기구가 망과 막사이를 완충시키는 기구를 갖고 있음으로써 개량된 것을 특징으로 하는 가스분석기 전지.
3. 제2항에 있어서, 망과 막을 분리시키는 기구가 다공성 테플론 물질로 구성됨으로써 개량된 것을 특징으로 하는 가스분석기 전지.
4. 제2항에 있어서, 금속망의 연부를 고착시키는 기구는 그의 연부를 고정하도록 금속망위에 위치한 환판을 가지며, 이 환판은 본체에 고착됨으로써 개량된 것을 특징으로 하는 가스분석기 전지.
5. 제1항에 있어서, 환판이 스테인레스 강철로 구성되고 스테인레스 강철 파스너(fastener)로 고정됨으로써 개량된 것을 특징으로 하는 가스분석기 전지.
6. 제1항에 있어서, 망이 닉켈로 도금된 놋쇠 금속으로 구성됨으로써 개량된 것을 특징으로 하는 가스분석기 전지.
7. 중앙공간을 갖는 본체와, 중앙공간에 위치한 양극과, 중앙공간에 위치한 음극과, 양극과 음극 사이의 중앙공간을 충전하는 전해질과, 중앙공간으로부터 본체 외부까지의 통로와, 통로를 피복하는 가스-투과성이나 액체-비투과성인 막 및 통로를 통하여 가스를 전이시키지 않으면서 본체에 막을 고정하는 클램프로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스분석기 전지.

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