KR102210237B1 - 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치 - Google Patents

무촉매방식의 총유기탄소 분석장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 촉매를 사용하지 않고 고온이 고르게 분포할 수 있도록 하여 기화가 충분히 수행되고 내부에서 염분이 응결되지 않도록 하는 한편, 분석수가 가열된 상태에서 프로텍션 튜브 내의 세라믹볼로 고르게 분사될 수 있도록 하여 고온상태의 유지가 수월할 수 있도록 하는 동시에 총유기탄소에 대한 분석이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하기 위한 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치에 관한 것이다.

Description

무촉매방식의 총유기탄소 분석장치{ANALYSIS APPARATUS FOR TOTAL ORGANIC CARBON 0F NON-CATALYST TYPE}
본 발명은 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 촉매를 사용하지 않고 고온이 고르게 분포할 수 있도록 하여 기화가 충분히 수행되고 내부에서 염분이 응결되지 않도록 하는 한편, 분석수가 가열된 상태에서 프로텍션 튜브 내의 세라믹볼로 고르게 분사될 수 있도록 하여 고온상태의 유지가 수월할 수 있도록 하는 동시에 총유기탄소에 대한 분석이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하기 위한 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치에 관한 것이다.
총유기탄소(TOC : Total Organic Carbon)는 물속에 함유되어 있는 유기물이 포함하고 있는 탄소의 양을 말하며, 생물학적산소요구량(BOD:Biochemical Oxygen Demand), 화학적산소요구량(COD:Chemical Oxygen Demand)과 함께 대표적인 유기물질 지표로 활용하고 있다.
총유기탄소((Total Organic Carbon; 이하 TOC)의 분석 방법은 시료에 함유되어 있는 탄산이온과 같은 무기탄소를 제거하는 과정, 유기물질을 산화리액터를 이용하여 이산화탄소로 산화시키는 과정과 산화된 시료를 분석하는 과정으로 구성된다.
무기탄소를 제거하는 방법은 시료에 산을 첨가하여 pH를 낮춘 후 기체로 버블링시켜 유리되는 무기탄소를 제거하는 것이 일반적이다.
산화 방법은 크게 습식산화법과 연소산화법으로 구분된다. 습식산화법은 기본적으로 시료에 자외선을 조사시켜 유기물을 산화시키는 방법으로 산화력을 높이기 위하여 퍼설페이트를 첨가하거나 온도를 높이거나 오존을 투입하는 수단이 보조적으로 사용되기도 한다. 연소산화법은 650∼950℃의 중·고온에서 유기물을 산화시키는 방법이다. 습식산화의 경우 저농도나 부유물이 적은 시료 분석에 적합하며 연소산화의 경우 고농도나 부유물이 많은 시료 분석에 적합한 등 장단점이 있어 시료의 성상에 따라 선택하여 이용되고 있다.
산화된 시료를 분석하는 방법은 산화과정에서 발생하는 이산화탄소를 비분산적외선센서(NDIR sensor)로 정량하는 방법과 산화 전후 시료의 전기전도도를 측정하여 비교하는 방법이 사용된다. 전기전도도를 측정하는 방법은 초저농도의 시료 분석에 적합하며 일반적으로는 비분산적외선센서가 많이 이용되고 있다.
총유기탄소를 정확성 및 재현성 있게 분석하기 위해 가장 중요한 요인은 유기물을 최대한으로 산화시키는 산화방법이다. 특히 습식산화의 경우 연소산화에 비해 산화력이 낮기 때문에 산화력을 높이기 위한 여러 가지 방법이 사용되고 있다.
전술하였듯이 종래부터 많이 사용되는 방법은 산화제를 첨가하거나 촉매를 반응기에 충전하거나 오존을 투입하는 방법 등이 사용되고 있으나 산화력이 약하여 정확한 측정이 곤란할 뿐만 아니라 분석 시간이 길고 공정이 복잡한 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1307971호(2013.09.30.) '무촉매 열연소 산화법을 기반으로 하는 총유기 탄소 및 총질소 함유량 측정 장치'
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 촉매를 사용하지 않고 고온이 고르게 분포할 수 있도록 하여 기화가 충분히 수행되고 내부에서 염분이 응결되지 않도록 하는 한편, 분석수가 가열된 상태에서 프로텍션 튜브 내의 세라믹볼로 고르게 분사될 수 있도록 하여 고온상태의 유지가 수월할 수 있도록 하는 동시에 총유기탄소에 대한 분석이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하기 위한 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 분석수에 포함된 탄소성분을 이산화탄소로 변환하는 방식을 적용하며, 원통형의 몸체를 구비하고 상기 몸체의 하부는 하단으로 갈수록 좁아지는 리액터(20); 상기 리액터(20)의 내부에 삽입되는 프로텍션 튜브(22); 상기 프로텍션 튜브(22)에 충진되는 세라믹볼(26); 상기 세라믹볼(26)의 하부에 위치되도록 상기 프로텍션 튜브(22)의 하단에 구비되며, 다수의 관통홀(240)이 형성되면서 기화된 가스가 빠져 나갈 수 있도록 하는 시브(24); 및 상기 리액터(20)의 외측를 코일 형태로 감싸면서 상기 프로텍션 튜브(22) 내의 온도를 조절하는 히터(28)를 포함하는 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치에 있어서, 상기 세라믹볼(26)로 분석수가 고르게 분사되도록 하는 분사부(100)를 더 포함하며, 상기 분사부(100)는, 외부로부터 분석수가 유입되는 저장조(110); 상기 저장조(110)의 하부에 구비되는 복수의 분사관(120); 및 상기 각 분사관(120)에 연결되며, 분석수를 세라믹볼(26)로 분사하는 분사노즐(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치를 제공한다.
본 발명에 따른 상기 분사부(100)는, 상기 저장조(110)에 수용된 분석수를 상기 분사관(120)으로 가압하는 가압수단(150)을 더 포함하고, 상기 가압수단(150)은, 상기 저장조(110)의 내측 바닥면으로부터 상방향으로 연장 형성되는 가이드바(151); 상기 가이드바(151)에 승,하강 가능하게 결합되는 부유체(152); 및 상기 부유체(152)에 구비되는 중량체(153)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 분사부(100)는, 상기 저장조(110)로 수용되는 분석수의 수위를 조절하는 수위조절수단(160)을 더 포함하며, 상기 수위조절수단(160)은, 외부로부터 상기 저장조(110)로 분석수를 공급하는 공급관(161); 상기 공급관(161)에 구비되는 조절밸브(162); 상기 가이드바(151)의 상부에 구비되는 상한감지센서(163); 상기 가이드바(151)의 하부에 구비되는 하한감지센서(164); 및 상기 상,하한감지센서(163,164)의 감지신호에 따라 상기 조절밸브(162)의 개폐를 제어하는 제어부(165)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리액터(20)의 외측에 구비되며, 단열재로 이루어지는 하우징(300); 및 상기 하우징(300)의 내측으로 수용되는 축열재(400)를 더 포함하고, 상기 하우징(300)은, 내측으로 홈부(200a)가 형성되면서 종단면이 'ㄷ'자 형태를 이루며, 상기 축열재(400)는, 다수의 세라믹볼로 이루어져 상기 홈부(200a)로 수용되면서 상기 히터(28)에서 발생되는 열에 의해 축열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 공급관(161)은, 일단부가 상기 저장조(110)에 연결되고 타단부로 외부로부터 분석수가 공급되되, 양단부 사이가 상기 홈부(200a)를 통과하면서 내부를 통과하는 분석수가 상기 축열재(400)에 의해 가열되며 상기 저장조(110)로 수용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 촉매를 사용하지 않으면서 온도가 프로텍션 튜브 내에서 균일하게 분포되도록 하여 염분이 결정을 형성하지 않도록 하고, 기화를 촉진시켜 총유기탄소에 대한 측정이 원활하게 이루어질 수 있도록 함으로써 유지보수로 인한 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 분석수가 가열된 상태에서 프로텍션 튜브 내의 세라믹볼로 고르게 분사될 수 있음으로써 고온상태의 유지가 용이한 것은 물론, 총유기탄소에 대한 분석이 효율적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 리액터가 조립된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치에서 세라믹볼의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치에서 분사부가 구비된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4에서 분사관을 나타낸 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치에서 가압수단이 구비된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6에서 수위조절수단이 구비된 상태를 나타낸 단면도이다.
그리고
도 8은 본 발명에 따른 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치에서 하우징 및 축열재가 구비된 상태를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 2를 참조하여 보면, 본 발명에 따른 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치(이하 "총유기탄소 분석장치"라 한다)는 분석수에 포함된 탄소성분을 이산화탄소로 변환하는 방식을 적용하는 총유기탄소 분석장치로써, 원통형의 몸체를 구비하고 상기 몸체의 하부는 하단으로 갈수록 좁아지는 튜브 형태로 이루어지는 리액터(20)와, 리액터(20)의 내부에 삽입되고 하단에 시브(24)가 설치되는 원통형의 프로텍션 튜브(22)와, 프로텍션 튜브(22)에 충진되는 세라믹볼(26) 및 리액터(20)의 외측를 코일 형태로 감싸면서 프로텍션 튜브(22) 내의 온도를 1000도 내지 1400도로 조절하는 히터(28)와 히터(28)에 전류를 공급하는 온도조절부(미도시)를 포함한다.
시브(24)는 세라믹볼(26)이 아래로 흘러 떨어지지 않도록 하면서 기화된 가스는 빠져 나갈 수 있도록 하기 위한 것으로 세라믹볼(26)의 직경보다 작은 다수의 관통홀(240)이 형성되어 그물 구조로 되어 있는 것으로 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 총유기탄소 분석장치는 종래의 촉매 방식이 600도 내지 1000도로 제어되는 것에 비하여 1000도 내지 1400도의 온도로 제어되고 세라믹볼을 프로텍션 튜브 내에 삽입함으로써 백금과 같은 촉매를 사용하지 않으면서도 온도가 균일하게 프로텍션 튜브 내에서 분포되도록 하여 염분이 결정을 형성하지 않도록 하고 기화를 촉진시켜 TOC 측정이 원활하게 이루어지도록 한다.
도 3을 참조하여 보면, 본 발명에 따른 총유기탄소 분석장치는 프로텍션 튜브(22)의 바닥에 깔리는 제1 세라믹볼(460)이 가장 입자 크기가 크고, 그 상부층에 깔리는 제2 세라믹볼(462)은 제1 세라믹볼(460)에 비히여 입자 크기가 작고, 상부층에 깔리는 제3 세라믹볼(464)는 제2 세라믹볼(462)에 비하여 입자 크기가 작다.
다음으로 최상부에 깔리는 제4 세라믹볼(466)은 제3 세라믹볼(464)의 입자 크기에 비하여 작다.
즉, 세라믹볼(26)은 하부로부터 상부록 갈수록 입자 크기가 작아지면서 하부의 제1 세라믹볼(460)은 입자 크가가 가장 크고, 최상부의 제4 세라믹볼(466)은 입자 크기가 가장 작게 이루어진다.
열은 위로 올라가려는 성질을 가지게 되는데 상부로 갈수록 입자가 조밀하게 이루어져 열이 상부로 올라가려는 성질에 저항을 주고 열이 튜브 밖으로 빠져나가는 것을 감소시켜 열이 튜브 내에서 균등하게 분포하도록 한다는 효과를 이룰 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 TOC 측정 장치는 촉매를 사용하지 않고 1,200도 정도의 고온이 고르게 분포할 수 있도록 하여 기화가 충분히 수행되고 내부에서 염분이 응결되지 않도록 하여 유지 보수 측면에서 매우 저렴하면서도 측정 데이터는 기존의 촉매 방식과 별다른 차이가 없다.
본 발명에 따른 총유기탄소 분석장치는 도 4에 도시된 바와 같이 세라믹볼(26)로 분석수를 분사하는 분사부(100)를 더 포함한다.
분사부(100)는 외부로부터 공급되는 분석수가 프로텍션 튜브(22)의 내부로 고르게 분사되면서 세라믹볼(26)과의 접촉이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
분사부(100)는 외부로부터 분석수가 유입되는 저장조(110), 저장조(110)의 하부에 구비되는 복수의 분사관(120) 및 각 분사관(120)에 연결되며, 분석수를 세라믹볼(26)로 분사하는 분사노즐(130)을 포함한다.
저장조(110)는 리액터(20)의 상부에 배치되며, 외부로부터 공급되는 분석수가 수용된다. 저장조(110)로는 분석을 위한 일정량의 분석수가 수용될 수 있음은 물론이다.
분사관(120)은 저장조(110)에 수용되는 분석수가 분기되어 세라믹볼(26)로 고르게 분사 되도록 한다.
분사관(120)은 상부가 저장조(110)의 하부에 연결되고 하부가 세라믹볼(26)을 향하며, 복수로 이루어져 저장조(110)의 하부에 방사상으로 배치된다.
분사노즐(130)은 분사관(120)을 통과하는 분석수가 세라믹볼(26)로 분사될 수 있도록 하며, 공지된 다양한 형태를 이룰 수 있다.
분사관(120)으로는 외부로부터 압축공기가 공급되면서 분사노즐(130)을 통한 분석수의 분사가 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 분사관(120)에는 개폐밸브(140)가 구비될 수 있다.
개폐밸브(140)는 제어부(165)의 제어에 의해 개폐되면서 분사수가 세라믹볼(26)로 분사되도록 하거나, 분사되지 않도록 한다.
이에 따라, 분사부(100)는 저장조(110)로 수용되는 분석수가 복수의 분사관(120)을 통해 분기되는 한편, 분사노즐(130)을 통해 고르게 분사되도록 함으로써 분석수가 세라믹볼(26)과 고르게 접촉되도록 할 수 있다.
상기 분사부(100)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 저장조(110)로 수용되는 분석수를 분사관(120)으로 가압하는 가압수단(150)을 더 포함한다.
가압수단(150)은 저장조(110)의 내측 바닥면으로부터 상방향으로 연장 형성되는 가이드바(151), 가이드바(151)에 승,하강 가능하게 결합되는 부유체(152) 및 부유체(152)에 구비되는 중량체(153)를 포함한다.
가이드바(151)는 하부가 저장조(110)의 내측 바닥면에 고정되고 상부가 부유체(152)를 통과한다.
부유체(152)는 분석수에 부상할 수 있는 재질로 이루어지며, 저장조(110)의 수위 변화에 따라 가이드바(151)의 길이방향으로 승,하강된다.
중량체(153)는 판상으로 이루어져 부유체(152)의 상면에 구비되는 것이 바람직하다.
중량체(153)는 부유체(152)가 분석수에 부상할 수 있는 정도의 무게를 가지며, 저장조(110)로 수용되는 분석수를 분사관(120)으로 가압하여 저장조(110)로부터 분사수의 원활한 배출을 유도한다.
분사부(100)는 도 7에 도시된 바와 같이 저장조(110)로 수용되는 분석수의 수위를 조절하는 수위조절수단(160)을 더 포함한다.
수위조절수단(160)은 외부로부터 저장조(110)로 분석수를 공급하는 공급관(161), 공급관(161)에 구비되는 조절밸브(162), 가이드바(151)의 상부에 구비되는 상한감지센서(163), 가이드바(151)의 하부에 구비되는 하한감지센서(164) 및 상,하한감지센서(163,164)의 감지신호에 따라 조절밸브(162)의 개폐를 제어하는 제어부(165)를 포함한다.
상한감지센서(163)는 저장조(110)의 수위 상승에 따른 부유체(152)의 승강에 따라 중량체(153)와 접하면서 저장조(110)의 상한선 수위를 감지하며, 하한감지센서(164)는 저장조(110)의 수위 하강에 따른 부유체(152)의 하강에 따라 부유체(152)와 접하면서 저장조(110)의 하한선 수위를 감지한다.
제어부(165)는 상한감지센서(163)의 감지신호에 따라 조절밸브(162)가 닫히도록 제어하는 한편, 하한감지센서(164)의 감지신호에 따라 조절밸브(162)가 개방되도록 제어한다.
이에 따라, 수위조절수단(160)은 저장조(110)의 수위가 적정하게 유지되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 총유기탄소 분석장치는 도 8에 도시된 바와 같이 리액터(20)의 외측에 구비되는 하우징(200) 및 하우징(200)의 내측으로 수용되는 축열재(300)를 더 포함한다.
하우징(200)은 내측으로 홈부(200a)가 형성되면서 종단면이 'ㄷ'자 형태를 이루며, 단열재로 이루어지는 것이 바람직하다.
축열재(300)는 다수의 세라믹볼로 이루어질 수 있으며 홈부(200a)로 수용되면서 히터(28)에서 발생되는 열이 축열되도록 한다.
공급관(161)은 일단부가 저장조(110)에 연결되고 타단부로 외부로부터 분석수가 공급되되, 양단부 사이가 홈부(200a)를 통과하는 것이 가장 바람직하다.
이는, 외부로부터 공급되는 분석수가 축열재(300)에 의해 가열되면서 저장조(110)로 수용될 수 있도록 하기 위함이다.
공급관(161)은 양단부 사이가 코일관 형태를 이루면서 히터(28)의 외측을 감싸는 형태를 이룰 수 있다.
이로 인해, 본 발명에 따른 총유기탄소 분석장치는 비가열된 상태의 분석수가 세라믹볼(26)로 분사될때에 비해 프로텍션 튜브(22) 내의 온도변화가 최소가 되도록 할 수 있는 것은 물론, 온도를 유지하기 위한 에너지 소모를 크게 줄일 수 있다.
또한, 분석수의 온도가 빠르게 고온으로 되면서 총유기탄소에 대한 분석을 보다 효율적으로 진행할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치를 실시하기 위한 실시 예에 불과한 것으로써, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
20 : 리액터 22 : 프로텍션 튜브
24 : 시브 26 : 세라믹볼
28 : 히터 100 : 분사부
110 : 저장조 120 : 분사관
130 : 분사노즐 140 : 개폐밸브
150 : 가압수단 151 : 가이드바
152 : 부유체 153 : 중량체
160 : 수위조절수단 161 : 공급관
162 : 조절밸브 163 : 상한감지센서
164 : 하한감지센서 165 : 제어부
200 : 하우징 300 : 축열재

Claims (5)

  1. 분석수에 포함된 탄소성분을 이산화탄소로 변환하는 방식을 적용하며, 원통형의 몸체를 구비하고 상기 몸체의 하부는 하단으로 갈수록 좁아지는 리액터(20)와, 상기 리액터(20)의 내부에 삽입되는 프로텍션 튜브(22)와, 상기 프로텍션 튜브(22)에 충전되는 세라믹볼(26)과, 상기 세라믹볼(26)의 하부에 위치되도록 상기 프로텍션 튜브(22)의 하단에 구비되며, 다수의 관통홀(240)이 형성되면서 기화된 가스가 빠져나갈 수 있도록 하는 시브(24)와, 상기 리액터(20)의 외측을 코일 형태로 감싸면서 상기 프로텍션 튜브(22) 내의 온도를 조절하는 히터(28) 및 상기 리액터(20)와 히터(28)를 감싸는 하우징(200)을 포함하는 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치에 있어서,
    상기 프로텍션 튜브(22)의 상부에는, 외부로부터 분석수가 유입되는 저장조(110)와, 상기 저장조(110)의 하부에 구비되는 복수의 분사관(120) 및 상기 각 분사관(120)에 연결되어 상기 프로텍션 튜브(22)의 세라믹볼(26)로 분석수를 분사하는 분사노즐(130)을 포함하는 분사부(100)가 구비되고;
    상기 분사부(100)에는, 상기 저장조(110)의 내측 바닥면으로부터 상방향으로 연장 형성되는 가이드바(151)와 상기 가이드바(151)에 승,하강 가능하게 결합되는 부유체(152) 및 상기 부유체(152)에 구비되는 중량체(153)를 포함하는 가압수단(150)과, 외부로부터 상기 저장조(110)로 분석수를 공급하는 공급관(161)에 구비되는 조절밸브(162)와, 상기 가이드바(151)의 상부에 구비되는 상한감지센서(163)와, 상기 가이드바(151)의 하부에 구비되는 하한감지센서(164) 및 상기 상,하한감지센서(163,164)의 감지신호에 따라 상기 조절밸브(162)의 개폐를 제어하는 제어부(165)를 포함하는 수위조절수단(160)이 더 포함되고;
    상기 하우징(200)의 내부에는, 상기 히터(28)을 수용하는 일정 크기의 홈부(200a)가 형성되고, 상기 홈부(200a)에는 상기 공급관(161)의 일부가 통과하도록 설치되며, 상기 홈부(200a)의 내부에는 다수의 세라믹볼이 충전되어 상기 공급관(161)을 따라 상기 저장조(110)로 공급되는 분석수가 상기 히터(28)에서 발생하는 열에 의해서 예열되는 것을 특징으로 하는 무촉매방식의 총유기탄소 분석장치.
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