KR100548112B1 - 금속 용액 자동 희석 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 금속 용액 자동 희석 장치에서, 농도계(흡광 광도계)(22)는 계량 호퍼(21) 내의 희석 용액의 흡광도를 측정한다. 전자 저울(23)은 흡광도로부터 얻어지는 희석 배율이 소정치에 도달되도록 계량 호퍼(21) 내의 희석 용액을 계량한다. 제어부는 농도계(22)에 의해 측정된 수치 그리고 전자 저울에 의해 계량된 수치를 감시하고, 희석 배율이 농도계(22)에 의해 측정된 흡광도에 따라 소정치에 도달되도록 계량 호퍼(21)로 공급되는 원액/희석용 액체의 양을 연산하고 제어한다. % 단위의 농축 액체를 필요한 양과 농도를 갖는 ppm 단위의 금속 용액으로 희석시키며 인라인 농도 제어를 수행하면서 공급기로 이를 정확하게 공급할 수 있는 금속 용액 자동 희석 장치는 이와 같이 얻어진다.
금속 용액 자동 희석 장치, 재료 공급부, 희석 탱크, 측정 장치, 계량 장치, 제어부

Description

금속 용액 자동 희석 장치 {AUTOMATIC METAL SOLUTION DILUTOR}
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치의 구성을 도시하는 전반적인 배관 계통도.
도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치의 구성을 도시하는 전반적인 배관 계통도.
도3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치 내의 계량 호퍼의 구성을 도시하는 부분 단면도.
도4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치의 구성을 도시하는 전반적인 배관 계통도.
도5는 상이한 두께를 갖는 적어도 2개의 파이프를 통해 계량 호퍼 내로 희석용 액체를 유입시킬 때 탱크에 남아 있는 액체의 양 및 농도 사이의 관계를 도시하는 도면.
도6은 상이한 두께를 갖는 적어도 2개의 파이프를 통해 계량 호퍼 내로 희석용 액체를 유입시킬 때 탱크에 남아 있는 액체의 양 및 농도 사이의 관계를 도시하는 도면.
도7은 흡광 광도계와 유도 결합 플라즈마 원자 분광계 사이의 측정 오차를 도시하는 도면.
도8은 약 5 ppm의 농도에서 흡광 광도계와 유도 결합 플라즈마 원자 분광계 사이의 측정 오차를 도시하는 도면.
도9는 약 50 ppm의 농도에서 흡광 광도계와 유도 결합 플라즈마 원자 분광계 사이의 측정 오차를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 재료 공급부
2: 준비부
3: 마무리부
21: 계량 호퍼
22: 농도계
23: 전자 저울
31, 32: 탱크
본 발명은 금속 용액 자동 희석 장치에 관한 것으로, 특히 고정확도로 % 단위로부터 ppm 단위로 농축 금속 용액을 자동적으로 희석시키는 금속 용액 자동 희석 장치에 관한 것이다.
일반적인 희석 방법에 따르면, 대상 금속 분체 또는 % 단위의 농축 금속 용액은 수동으로 계량되며, 희석용 액체와 혼합되어 필요한 농도와 양으로 희석되고, 공급기로 공급된다.
그러나, 이러한 방법은 무휴 시스템(around-the-clock system)을 채용하며 복수의 조작자에 의해 수동 희석되기 때문에, 희석 오차가 발생한다. 금속 분체 또는 금속 용액은 인라인으로 농도가 제어되지 않으면서 공급되므로, 수동 희석 오차에 의해 유발된 농도 변동 또는 장비 고장이나 파손에서 기인한 수분의 예기치 못한 함유는 희석 용액이 100%까지 공급기로 안정되게 공급될 수 없도록 돌연한 농도 이상을 일으킨다.
농도 측정에서, ppm(parts per million: 10-6) 단위의 금속 농도를 분석하는 원자 흡수 분광 광도계(atomic absorption spectrophotometer) 또는 ICP 분석기 등의 고품질 분석기가 채용된다. 이러한 고품질 분석기는 분석기의 분석 정확도 또는 관리의 확실성을 고려하여 우수한 환경 조건 하에서 습도가 제어되는 제어실 내에 설치되어야 하며, 측정된 용액은 ppb(parts per billion: 10-9) 단위로 희석되어야 한다.
중화 적정법(neutralization titration)을 이용하는 농도 측정 방법도 있다. 그러나, 이러한 방법은 농도 측정을 위해 대규모 장치 및 장시간을 필요로 한다. 그러므로, 적어도 수 십ℓ의 액체 희석 탱크가 제공될 때에는, 이러한 방법을 채용하는 것이 가능하다. 그러나, 필요한 농도와 양의 희석 용액을 비주기적으로 공급하는 희석 장치에 이러한 방법을 적용하는 것은 어렵다.
종래 기술의 희석 장치로서 일본 특허 공개 공보 제6-307994호(1994년) 및 제7-167756호(1995년)에 개시되어 있는 다음과 같은 기술이 있다.
일본 특허 공개 공보 제6-307994호는 희석용 액체와 혼합되는 공급된 원액(stock solution)을 용기 내에서 희석시켜 압축 가스에 의해 원격 측정 장치로 희석 용액을 공급하는 희석 장치를 개시하고 있다.
이러한 공보에 개시된 기술은 결정을 용이하게 침전시키는 높은 금속 이온 농도를 갖는 액체를 희석시키는 데 적용되는 액체 희석 장치에 관한 것이다. 이러한 기술에 따르면, 희석용 액체 및 농축 액체는 계량된 후 공급되며, 탱크 내에서 교반/희석되고, 희석의 완료 후 압축 공기에 의해 공급기로 공급된다.
일본 특허 공개 공보 제7-167756호는 흡광도(absorbance) 등을 측정하는 농도계(densitometer)에 의해 원액 및 희석용 액체의 흡광도를 입력하여, 희석용 액체로 희석될 액체에 대한 희석 배율(dilution magnification)을 연산하고, 부피 또는 중량의 엄격한 측정을 필요로 하지 않고 액체를 희석시키는 방법을 개시하고 있다.
이러한 공보에 개시된 기술은 발전 플랜트 등을 위한 수처리 화학 약품에 적용되는 액체 자동 희석 장치에 관한 것이다. 이러한 기술은 흡광도를 참조하여 계산을 수행하는 농도계로의 측정의 결과로부터 희석비(dilution ratio)를 계산하는 방법을 채용한다.
그러나, 일본 특허 공개 공보 제6-307994호에 개시된 희석 장치에 따르면, 일정한 부피의 계량기에 원액 및 희석용 액체를 유입시켜 충전한 후 희석 탱크로 이를 공급하는 계량 방법으로 인해 필요한 액체 부피를 정확하게 계량하는 것은 어 렵다.
나아가, 이러한 방법은 농도 제어를 수행하지 않은 계량만에 의존하기 때문에, 제조된 희석 용액의 신뢰성이 낮다는 문제점이 있다.
일본 특허 공개 공보 제7-167756호에 개시된 장치는 ppb 단위로 암모니아를 희석시키므로, 지표 물질(index substance)로서 1% 에탄올 용액을 첨가할 필요가 있다는 점에서 불리하다.
밸브 스위칭 시간만으로 중량 측정을 수행하는 이러한 분석기에서는, 중량 측정이 분산되어, 안정된 희석이 수행될 수 없다.
본 발명의 목적은 % 단위의 농축 액체를 필요한 양과 농도를 갖는 ppm 단위의 금속 용액으로 정확하게 희석시키며 인라인 농도 제어를 수행하면서 공급기로 금속을 정확하게 공급하는 금속 용액 자동 희석 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 금속 용액 자동 희석 장치는 재료 공급부, 희석 탱크, 측정 장치, 계량 장치 및 제어부를 포함한다. 재료 공급부는 희석될 원액을 저장한다. 원액을 희석시키기 위해, 희석 탱크는 재료 공급부로부터 공급된 원액을 희석용 액체와 혼합하여 희석 용액을 준비한다. 측정 장치는 희석 탱크 내의 희석 용액의 흡광도를 측정한다. 계량 장치는 측정 장치에 의해 측정된 흡광도로부터 얻어지는 희석 배율이 소정치에 도달되도록 전자 저울로 희석 탱크 내의 희석 용액을 계량한다. 제어부는 측정 장치에 의해 측정된 수치와 계량 장치에 의해 계량된 수치를 감시하고, 희석 배율이 측정 장치에 의해 측정된 흡광도에 따라 소정치에 도달되도 록 희석 탱크로 공급되는 원액과 희석용 액체 중 적어도 어느 하나의 양을 연산하고 제어한다.
본 발명의 금속 용액 자동 희석 장치에 따르면, 희석 탱크 내의 희석 용액의 흡광도를 측정하여 희석 배율이 측정된 흡광도에 따라 소정치에 도달되도록 계량 장치의 전자 저울로 희석 탱크 내의 희석 용액을 계량함으로써 어떠한 희석 오차도 없이 % 단위의 농축 액체(원액)를 필요한 양과 농도를 갖는 ppm 단위의 금속 용액으로 정확하게 희석시키는 것이 가능하다.
제어부는 측정 장치에 의해 측정된 수치 및 계량 장치에 의해 계량된 수치를 각각 감시하고 그에 따라 희석 탱크로 공급되는 원액 및/또는 희석용 액체의 양을 연산하고 제어하여, 희석 배율 및 준비량을 연속적으로 그리고 자동적으로 측정하고 감시하는 것이 가능하다.
저비용으로 제조 가능한 흡광 광도계로 측정되는 희석 용액의 농도에는 고가의 원자 흡수 분광 광도계 또는 ICP 분석기 등의 고품질 분석기로의 오프라인 시험이 적용되지 않을 수 있다. 나아가, 전자 저울은 중량 측정으로 인해 적어도 하나의 자릿수(digit)만큼 로드 셀(load cell)보다 높은 분해능으로 계량하는 것을 가능하게 한다.
이와 같이, 저비용으로 금속 용액의 정확한 희석을 수행하는 자동 희석 장치를 제공하는 것이 가능하다.
나아가, 특정량의 원액이 중량 측정법(gravimetric method)에 따라 희석되어, 액체 온도의 변동에서 어떠한 오차도 발생하지 않고 수동 조작과는 달리 경험 및 기술의 어떠한 요건도 없이 누구라도 원액을 정확하게 희석시킬 수 있다. 이와 같이, 희석 장치는 어떠한 인적 오차(human error)도 유발시키지 않으며 농도 그리고 중량 및 측정의 결과는 공급기측에 의해 필요한 농도와 양으로 희석 용액을 준비하는 것이 가능하면서 필요한 농도와 양으로의 감시 표시로 인해 용이하게 확인될 수 있어서, 공급기측은 유연한 대응책을 효과적으로 취할 수 있다.
전술된 금속 용액 자동 희석 장치는 바람직하게는 희석 탱크로부터 공급된 희석 용액을 저장하고 압축 가스에 의해 희석 용액을 공급하는 기구를 포함하는 여러 개의 밀폐 탱크를 갖는 마무리부를 더 포함한다.
이와 같이, 마무리부는 오염물없이 희석 용액을 공급할 수 있다.
전술된 금속 용액 자동 희석 장치에서, 재료 공급부는 바람직하게는 원액을 저장하는 교환 가능한 병을 포함하며, 병 내에 저장된 원액을 압축 가스에 의해 희석 탱크로 공급하는 구성을 갖는다.
이와 같이, 오염의 정도는 감소될 수 있으며 금속 희석은 ppm 단위로 더욱 정확하게 수행될 수 있다.
전술된 금속 용액 자동 희석 장치에서, 희석 탱크는 바람직하게는 내부로 압축 가스를 유입시키고 외부로 압축 가스를 배출하는 세척 기구를 갖는다.
이와 같이, 희석 용액이 어떠한 불순물도 없이 공급될 수 있도록 어떠한 오염물도 희석 용액 내로 혼합되지 않는다.
전술된 금속 용액 자동 희석 장치는 바람직하게는 내부로 압축 가스를 유입시키고 외부로 압축 가스를 배출하는 세척 기구를 갖는 호퍼를 희석 탱크로부터 희 석 용액을 공급하는 경로 내에 더 포함하며, 희석 탱크와 측정 장치를 서로 연결하는 파이프가 바람직하게는 나선형 튜브에 의해 적어도 부분적으로 형성된다.
이와 같이, 희석 탱크로부터 희석 용액을 공급하는 파이프에 의해 계량 장치 상에 나타나는 영향이 감소될 수 있다.
전술된 금속 용액 자동 희석 장치에서, 상이한 두께를 갖는 적어도 2개의 파이프가 바람직하게는 희석 탱크 내로 희석용 액체를 유입시킨다.
희석용 액체가 상이한 두께를 갖는 적어도 2개의 파이프를 통해 유입될 때, 교반이 자연적으로 일어나므로 어떠한 교반 부재도 별도로 제공되지 않을 수 있다. 나아가, 어느 정도까지 공급 속도를 증가시키도록 큰 파이프를 채용하고 목표량까지 희석용 액체를 정확하게 유입시키도록 작은 파이프를 채용하면서 교반 효과를 개선시킴으로써 가능하면 정확하게 유입 제어를 수행하는 것이 가능하다.
전술된 금속 용액 자동 희석 장치에서, 원액, 희석용 액체 및 희석 용액과 접촉하는 부분의 재질은 소량의 플루오르를 함유한 수지로 구성된다.
이와 같이, 어떠한 금속도 원액, 희석용 액체 및 희석 용액과 접촉하지 않아서, 금속 오염물의 양은 감소될 수 있으며 금속 희석은 ppm 단위로 더욱 정확하게 수행될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 태양 및 장점은 첨부 도면과 연계하여 취해질 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
이제, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.
(제1 실시예)
도1을 참조하면, 원액의 잔여량을 확인하면서 계량 호퍼(21)로 액체를 첨가하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치는 주로 재료 공급부(1), 준비부(2), 마무리부(3) 및 제어부(도시되지 않음)를 포함한다.
재료 공급부(1)는 희석될 원액을 저장하며 준비부(2)로 원액을 공급한다.
준비부(2)는 희석 탱크로서 역할을 하는 계량 호퍼(21), 측정 장치로서 역할을 하는 농도계(22), 그리고 계량 장치로서 역할을 하는 전자 저울(23)을 갖는다. 원액을 희석하기 위하여 재료 공급부(1)로부터 공급되는 원액을 희석용 액체와 혼합하여 희석 용액을 준비하는 계량 호퍼(21)는 밀폐되지 않는다. 재료 공급부(1)는 밸브(V1)를 갖는 파이프를 통해 계량 호퍼(21)로 원액을 공급하며 희석용 액체(예컨대, 순수)는 밸브(V22)를 갖는 파이프를 통해 계량 호퍼(21)로 공급된다.
계량 호퍼(21) 내의 희석 용액의 흡광도를 측정하는 흡광 광도계로서 역할을 하는 농도계(22)는 대상 용액의 자외선 스펙트럼이 이를 형성하는 구성 성분의 농도에 따라 변한다는 원리를 채용하고 있다. 희석용 액체는 밸브(V12)를 갖는 파이프를 통해 농도계(22)로 공급되며, 계량 호퍼(21)는 밸브(V13)를 갖는 파이프를 통해 농도계(22)로 희석 용액을 공급한다.
전자 저울(23)은 농도계(22)에 의해 측정된 흡광도로부터 얻어지는 희석 배율이 소정치에 도달되도록 계량 호퍼(21) 내의 희석 용액을 계량한다.
마무리부(3)는 계량 호퍼(21)로부터 공급되는 희석 용액을 저장하고 압축 가스에 의해 이를 공급하는 기구를 포함하는 여러 개의 밀폐 탱크(31, 32)를 갖는다. 계량 호퍼(21)는 밸브(V3)를 갖는 파이프, 그리고 밸브(V4 또는 V5)를 갖는 그로부터 분지된 또 다른 파이프를 통해 각각의 밀폐 탱크(31, 32)로 희석 용액을 공급한다. 밸브(V14 또는 V15)를 갖는 파이프가 각각의 밀폐 탱크(31, 32)로 고압 가스(예컨대, 질소)를 공급한다. 각각의 밀폐 탱크(31, 32)에 연결된 밸브(V18 또는 V19)를 갖는 파이프는 그에 공급된 고압 가스를 외부로 배출한다. 각각의 밀폐 탱크(31, 32)에는 전술된 방식으로 고압 가스가 공급되어, 밸브(V6 또는 V7)를 갖는 파이프를 통해 공급측 장치로 그 내에 저장된 희석 용액을 공급한다.
제어부는 농도계(22)에 의해 측정된 수치와 전자 저울(23)에 의해 계량된 수치를 감시하고, 희석 배율이 농도계(22)에 의해 측정된 흡광도에 따라 소정치에 도달되도록 계량 호퍼(21)로 공급되는 원액과 희석용 액체 중 적어도 어느 하나의 양을 연산하고 제어한다. 제어부는, 예컨대 밸브(V1 또는 V2)의 구멍에 따라 계량 호퍼(21)로의 원액 또는 희석용 액체의 양을 제어한다.
계량 호퍼(21)로부터 밀폐 탱크(31, 32)로 공급되며 밀폐 탱크(31, 32)에서 적절하게 배출되는 희석 용액은 농도계(22)에 의해 측정된다.
제1 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치는 다음의 점에서 일본 특허 공개 공보 제6-307994호에 개시된 희석 장치와 상이하다.
(1) 전술된 공보에 개시된 희석 장치는 교반기로 교반/희석을 수행하지만, 본 실시예에 따른 희석 장치는 먼지 발생 및 공기의 함유의 방지를 고려하여 어떠한 교반 수단도 갖지 않는다.
(2) 전술된 공보에 개시된 희석 장치는 밀폐 용기 내에서 희석을 수행하지 만, 본 실시예에 따른 희석 장치는 밀폐 용기 내에서 어떠한 희석도 수행하지 않는다.
(3) 전술된 공보에 개시된 희석 장치는 일정한 부피를 갖는 계량기 내에 원액 및 희석용 액체를 유입시키고 충전한 후 희석 탱크로 이를 공급하지만, 본 실시예에 따른 희석 장치는 필요한 양의 액체를 정확하게 계량하도록 전자 저울(23)로 계량을 수행한다.
(4) 전술된 공보에 개시된 희석 장치는 어떠한 농도 제어도 하지 않지만, 본 실시예에 따른 희석 장치는 준비된 희석 용액의 신뢰성을 개선시키도록 계량에 추가하여 농도 제어를 수행한다.
나아가, 제1 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치는 다음의 점에서 일본 특허 공개 공보 제7-167756호에 개시된 장치와 상이하다.
(1) 전술된 공보에 개시된 장치는 암모니아를 희석시키지만, 본 실시예에 따른 희석 장치는 금속 용액을 희석시킨다.
(2) 전술된 공보에 개시된 장치는 ppb 단위로 암모니아를 희석시키는 지표 물질로서 역할을 하는 1% 에탄올 용액을 첨가하지만, ppb 단위로 금속 용액을 희석시키는 본 실시예에 따른 희석 장치는 어떠한 첨가 용액도 필요로 하지 않는다.
(3) 전술된 공보에 개시된 장치는 밸브 스위칭 시간으로 중량 측정을 수행하며, 중량 측정은 분산되어 암모니아가 이러한 경우에 안정되게 희석될 수 없다. 본 실시예에 따른 희석 장치는 중량 측정기로 제어 및 정확한 중량 측정을 수행하며 유입량을 제어하도록 후술되어 있는 바와 같이 희석용 액체를 유입시키는 경로 내에 적어도 2가지 형태의 파이프 직경을 채용한다. 나아가, 밸브 스위칭 시간과 관련하여, 이러한 희석 장치는 0.1초로 단위 시간을 설정하면서 밸브를 스위칭하는 원샷 모드(one-shot mode) 연산 등의 추가의 연산을 통해 정확한 중량 측정을 수행한다.
(4) 전술된 공보에 개시된 장치는 본 실시예에 따른 희석 장치와 달리 중량 측정에 의해 실제로 유입된 액체의 양의 정확도를 확인하지 않고 농도 측정 및 밸브 스위칭을 통해서만 암모니아를 희석시킨다.
(5) 전술된 공보는 희석 용액이 금속 또는 염 등의 어떠한 용해된 고체도 함유하지 않는 것으로 기재되어 있지만, 본 실시예에 따른 희석 장치는 금속에 관한 것이다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치는 다음의 기능/효과를 달성한다.
희석 배율이 측정된 흡광도에 따라 소정치에 도달되도록 농도계(22)로 계량 호퍼(21) 내의 희석 용액의 흡광도를 측정하고 전자 저울(23)로 희석 탱크 내의 희석 용액을 계량함으로써 어떠한 희석 오차도 없이 % 단위의 농축 액체(원액)를 필요한 양과 농도를 갖는 ppm 단위의 금속 용액으로 정확하게 희석시키는 것이 가능하다.
제어부는 농도계(22)에 의해 측정되며 계량 장치에 의해 계량된 수치들을 감시하고 그에 따라 계량 호퍼(21)로 공급되는 원액 및 희석용 액체의 양을 연산하고 제어하여, 희석 배율 및 준비량을 연속적으로 그리고 자동적으로 측정하고 감시할 수 있다.
저비용으로 제조 가능한 흡광 광도계(22)로 측정되는 희석 용액의 농도에는 고가의 원자 흡수 분광 광도계 또는 ICP 분석기 등의 고품질 분석기로의 오프라인 시험이 적용되지 않을 수 있다. 나아가, 전자 저울(23)은 중량 측정으로 인해 적어도 하나의 자릿수만큼 로드 셀보다 높은 분해능으로 계량하는 것을 가능하게 한다.
이와 같이, 저비용으로 금속 용액의 정확한 희석을 수행하는 자동 희석 장치를 제공하는 것이 가능하다.
나아가, 특정량의 원액이 중량 측정법에 따라 희석되어, 액체 온도의 변동에서 어떠한 오차도 발생하지 않고 수동 조작과는 달리 경험 및 기술의 어떠한 요건도 없이 누구라도 원액을 정확하게 희석시킬 수 있다. 이와 같이, 희석 장치는 어떠한 인적 오차도 유발시키지 않으며 농도 그리고 중량 및 측정의 결과는 공급기측에 의해 필요한 농도와 양으로 희석 용액을 준비하는 것이 가능하면서 필요한 농도 와 양으로의 감시 표시로 인해 용이하게 확인될 수 있어서, 공급기측은 유연한 대응책을 효과적으로 취할 수 있다.
(제2 실시예)
도2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치의 구성은 재료 공급부(1)가, 예컨대 500㏄의 원액을 저장할 수 있는 교환 가능한 병(1a)을 포함하며, 압축 가스(예컨대, 질소)에 의해 소정 압력을 가함으로써 계량 호퍼(21)로 병(1a) 내에 저장된 원액을 공급하는 구성을 갖는다는 점에서 도1에 도 시된 것과 상이하다.
제2 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치의 잔여 구성은 도1에 도시된 것과 실질적으로 동일하다. 그러므로, 도1에 도시된 것과 동일한 부재는 동일한 도면 부호에 의해 표시되며, 여분의 설명은 반복되지 않는다.
본 실시예에 따르면, 병은 재충전 가능하며 그 내에 저장된 원액은 압축 가스에 의해 공급되어, 어떠한 오염물도 원액 내로 혼합되지 않으며, 수동 조작에서 기인한 용액 누설, 원액의 추가 유입에서의 스플래시에 의해 유발되는 조작자의 피해, 용액 누설 등이 제거될 수 있다.
(제3 실시예)
도3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치의 구성은 계량 호퍼(21)가 리드(21a) 상에 N2 세척 기구를 포함한다는 점에서 제1 및 제2 실시예에 따른 것과 상이하다.
질소(N2) 가스를 공급하는 파이프(41)는 리드(21a)에 고정되며 소정 간극을 갖고 계량 호퍼(21)의 구멍 내로 삽입된다. 이와 같이, 파이프(41)의 전방 단부는 계량 호퍼(21)의 내부에 도달된다. 나아가, 간극은 리드(21a)와 계량 호퍼(21)의 상부면 사이에 형성된다. 이와 같이, 파이프(41)를 통해 계량 호퍼(21) 내로 공급되는 질소 가스는 파이프(41)와 구멍 사이의 간극 그리고 리드(21a)와 계량 호퍼(21)의 상부면 사이의 간극을 통해 계량 호퍼(21)로부터 배출된다.
제3 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치의 잔여 구성은 도1 또는 도2에 도시된 것과 실질적으로 동일하다. 그러므로, 도1 또는 도2에 도시된 것과 동일한 부재는 동일한 도면 부호에 의해 표시되며, 여분의 설명은 반복되지 않는다.
본 실시예에 따르면, 계량 호퍼(21)는 리드(21a) 상에 N2 세척 기구를 포함하여, 희석 용액이 어떠한 불순물도 없이 공급될 수 있도록 어떠한 오염물도 원액 내로 혼합되지 않는다.
(제4 실시예)
도4를 참조하면, N2 세척에 의해 오염을 방지하는 기구를 포함하는 호퍼(24)가 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치 내의 계량 호퍼(21)로부터 마무리부(3)로 액체를 공급하는 경로 상에 배열된다. 밸브(V3)를 갖는 파이프, 그리고 또 다른 파이프는 각각 그로 희석 용액 및 질소 가스를 공급하는 호퍼(24)에 연결된다. 호퍼(24) 내로 공급되는 질소 가스는 도3에 도시된 것과 유사한 구성에 의해 그로부터 배출된다.
계량 호퍼(21)와 농도계(22)를 서로 연결하는 밸브(V13)를 갖는 파이프가 나선형 튜브에 의해 적어도 부분적으로 형성된다. 희석용 액체는 각각 밸브(V2a, V2b)를 갖는 2개의 파이프를 통해 분지 방식으로 계량 호퍼(21)로 공급된다. 계량 호퍼(21)는 도3에 도시된 것과 유사한 N2 세척 기구를 갖는다.
제4 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치의 잔여 구성은 도2에 도시된 것과 실질적으로 동일하다. 그러므로, 도2에 도시된 것과 동일한 부재는 동일한 도면 부호에 의해 표시되며, 여분의 설명은 반복되지 않는다.
본 실시예에 따르면, 호퍼(24)는 N2에 의해 오염을 방지하는 기구를 포함하며 농도 측정을 샘플링하는 파이프는 나선형 튜브에 의해 부분적으로 형성되어, 준비부(2)로부터 액체를 공급하는 파이프에 의해 계량부[전자 저울(23)] 상에 나타나는 영향이 감소될 수 있다.
(제5 실시예)
본 발명의 제5 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치에서, 계량 호퍼(21)로 희석용 액체를 공급하는 각각 밸브(V2a, V2b)를 갖는 2개의 파이프의 두께(통로 직경)는 서로 상이하다. 본 실시예에 따른 2개의 파이프로 분지된 파이프는 상이한 두께를 갖는 적어도 3개의 파이프로 분지될 수 있다.
제5 실시예에 따른 금속 용액 자동 희석 장치의 잔여 구성은 도4에 도시된 것과 실질적으로 동일하다. 그러므로, 도4에 도시된 것과 동일한 부재는 동일한 도면 부호에 의해 표시되며, 여분의 설명은 반복되지 않는다.
본 발명자는 교반 대신에 상이한 두께를 갖는 적어도 2개의 파이프를 통해 계량 호퍼(21) 내로 희석용 액체를 유입시킴으로써 탱크 내에 남아 있는 희석용 액체의 양과 그 농도 사이의 관계를 조사하였다. 도5 및 도6은 그 결과를 도시하고 있다.
농도는 탱크 내에 남아 있는 희석용 액체의 각각의 양에서 실질적으로 일정하다는 것을 도5 및 도6에 도시된 결과로부터 인정되었다.
도5에 도시된 결과에 따르면, 최대, 최소 및 평균 농도는 각각 49.01 ppm, 48.74 ppm 및 48.83 ppm, 분산은 0.27 ppm이었다. 도6에 도시된 결과에 따르면, 최대, 최소 및 평균 농도는 각각 5.04 ppm, 4.92 ppm 및 4.99 ppm, 분산은 0.12 ppm이었다.
(제6 실시예)
본 발명자는 대상 액체의 자외선 스펙트럼이 구성 성분의 농도에 따라 변한다는 원리를 채용하는 전술된 실시예 중 임의의 것에서 사용되는 흡광 광도계와, 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광(ICP-AES: inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy) 측정 장치 사이의 측정 오차를 입증하였다. 도7 내지 도9를 참조하면, 표1에 도시된 결과는 그래프로 작도되어 있다.
Figure 112003030959216-pat00001
흡광 광도계 및 ICP-AES 측정 장치에 의한 측정의 결과는 희석 정확도를 계산하여 서로 상호 관련시키므로 흡광 광도계는 정확한 인라인 측정을 수행할 수 있 다는 것을 표1 그리고 도7 내지 도9에 도시된 결과로부터 인정되었다. 이와 같이, 흡광 광도계는 본 발명에 따른 ppm 단위의 금속 용액의 농도를 측정하는 데 적절하다는 것을 확인 가능하였다.
(제7 실시예)
본 발명자는 전자 저울 및 로드 셀에 대해 희석 정확도를 계산하였다. 이러한 계산의 과정 및 결과는 아래에 도시되어 있다.
표2는 5 ppm의 농도를 갖는 금속 용액을 10ℓ준비하는 경우의 희석 정확도 계산을 위한 조건을 도시하고 있다.
Figure 112003030959216-pat00002
5 ppm의 농도를 갖는 준비된 금속 용액의 양의 최소치는 최종적으로 10ℓ이므로, 5.3g의 원액(1%)이 필요하다는 것을 역산으로부터 이해하여야 한다. 희석 정확도는 이러한 양 그리고 표2에 도시된 조건으로부터 계산된다.
(1) 원액의 유입
5.3g의 원액의 계량의 결과가 5.30g일 때, 원액 내의 금속량은 다음과 같다.
(5.30 ±0.1/100) = 0.0530g ±0.001g
(2) 제1 희석
제1 희석에서 50 ppm의 농도로 희석 용액을 마무리하기 위해, 순수가 1060g의 용액을 준비하도록 원액에 첨가된다. 이 때, 용액의 농도는 다음과 같다.
(5.30 ±0.1)/100/(1060 ±1) = 50 ppm ±0.7 ppm
용액이 농도계로의 측정을 통해 30g 까지 소비된 후, 용액 내의 금속량은 담음과 같이 저울로 측정된 수치를 통해 계산된다.
(1060 - 30 ±1) ×(0.000050 ±0.00000007) = 0.0515g ±0.0017g
(3) 제2(최종) 희석
다음에, 계산된 수치는 최종 희석 농도가 준비량의 분산을 고려하여 5 ppm에 도달되도록 10300g(10.3ℓ)로 희석 용액을 마무리하도록 피드백된다. 최종 희석 농도 및 정확도는 다음과 같다.
(0.0515 ±0.0017)/(10300 ±1) = 5 ppm ±0.17 ppm
로드 셀로의 희석 정확도가 전술된 것과 유사한 방식으로 계산될 때, 최종 희석 농도 및 정확도는 5 ppm ±1.02 ppm에 도달된다. 전자 저울은 계산에서 로드 셀에 비해 높은 품질의 희석을 수행할 수 있다는 것을 확인 가능하다.
그러나, 탱크 및 파이프 내에 남아 있는 액체, 센서 및 측정 장치의 시간 변경 등에 의한 영향이 추가로 나타난다.
전술된 각각의 실시예에서, 원액, 희석용 액체 및 희석 용액과 접촉하는 부분의 재질은 바람직하게는 플루오르 수지로 구성된다. 플루오르 수지는 바람직하게는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로 알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)로부터 준비되며, 바람직하게는 특히 플루오르 함량이 감소된 Super-PFA로 주로 구성된다. 이와 같이, 용액, 희석용 액체 및 희석 용액은 어떠한 금속부와도 접촉되지 않아서, 금속 오염물의 양은 ppm 단위의 금속 희석에 대해 안정되게 감소될 수 있다.
본 발명은 상세하게 설명되고 도시되었지만, 이는 도시 및 예일 뿐이며 제한으로서 파악되지 않고, 본 발명의 사상 및 범주는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한된다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 금속 용액 자동 희석 장치에 따르면, 전술된 바와 같이, 희석 탱크 내의 희석 용액의 흡광도를 측정하여 희석 배율이 측정된 흡광도에 따라 소정치에 도달되도록 계량 장치의 전자 저울로 희석 탱크 내의 희석 용액을 계량함으로써 어떠한 희석 오차도 없이 % 단위의 농축 액체(원액)를 필요한 양과 농도를 갖는 ppm 단위의 금속 용액으로 정확하게 희석시키는 것이 가능하다.
제어부는 측정 장치에 의해 측정된 그리고 계량 장치에 의해 계량된 수치들을 각각 감시하고 그에 따라 희석 탱크로 공급되는 원액과 희석용 액체의 양을 연산하고 제어하여, 희석 배율 및 준비량을 연속적으로 그리고 자동적으로 측정하고 감시하는 것이 가능하다.
저비용으로 제조 가능한 흡광 광도계로 측정되는 희석 용액의 농도에는 고가의 원자 흡수 분광 광도계 또는 ICP 분석기 등의 고품질 분석기로의 오프라인 시험이 적용되지 않을 수 있다. 나아가, 전자 저울은 중량 측정으로 인해 적어도 하나 의 자릿수만큼 로드 셀보다 높은 분해능으로 계량하는 것을 가능하게 한다.
이와 같이, 저비용으로 금속 용액의 정확한 희석을 수행하는 자동 희석 장치를 제공하는 것이 가능하다.
나아가, 특정량의 원액이 중량 측정법에 따라 희석되어, 액체 온도의 변동에서 어떠한 오차도 발생하지 않고 수동 조작과는 달리 경험 및 기술의 어떠한 요건도 없이 누구라도 원액을 정확하게 희석시킬 수 있다. 이와 같이, 희석 장치는 어떠한 인적 오차도 유발시키지 않으며 농도 그리고 중량 및 측정의 결과는 공급기측에 의해 소정 농도 및 양으로 희석 용액을 준비하는 것이 가능하면서 필요한 농도와 양으로의 감시 표시로 인해 용이하게 확인될 수 있어서, 공급기측은 유연한 대응책을 효과적으로 취할 수 있다.

Claims (7)

  1. 희석될 원액을 저장하는 재료 공급부와,
    상기 원액을 희석하기 위하여 상기 재료 공급부로부터 공급된 원액을 희석용 액체와 혼합하여 희석 용액을 준비하는 희석 탱크와,
    상기 희석 탱크 내의 희석 용액의 흡광도를 측정하는 측정 장치와,
    상기 측정 장치에 의해 측정된 흡광도로부터 얻어지는 희석 배율이 소정치에 도달되도록 전자 저울로 희석 탱크 내의 희석 용액을 계량하는 계량 장치와,
    상기 측정 장치에 의해 측정된 수치 및 계량 장치에 의해 계량된 수치를 감시하고, 희석 배율이 측정 장치에 의해 측정된 흡광도에 따라 소정치에 도달되도록 희석 탱크로 공급되는 원액과 희석용 액체 중 적어도 하나의 양을 연산하고 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 용액 자동 희석 장치.
  2. 제1항에 있어서, 희석 탱크로부터 공급된 희석 용액을 저장하고, 압축 가스에 의해 희석 용액을 공급하는 기구를 포함하는 다수의 밀폐 탱크를 갖는 마무리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 용액 자동 희석 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 재료 공급부는 원액을 저장하는 교환 가능한 병을 포함하며, 상기 병 내에 저장된 원액을 압축 가스에 의해 희석 탱크로 공급하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 용액 자동 희석 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 희석 탱크는 내부로 압축 가스를 유입시키고 외부로 압축 가스를 배출하는 세척 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 용액 자동 희석 장치.
  5. 제4항에 있어서, 내부로 압축 가스를 유입시키고 외부로 압축 가스를 배출하는 세척 기구를 갖는 호퍼를 희석 탱크로부터 희석 용액을 공급하는 경로 내에 더 포함하며, 희석 탱크와 측정 장치를 서로 연결하는 파이프가 나선형 튜브에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 용액 자동 희석 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상이한 두께를 갖는 적어도 2개의 파이프가 희석 탱크 내로 희석용 액체를 유입시키는 것을 특징으로 하는 금속 용액 자동 희석 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 원액, 상기 희석용 액체 및 상기 희석 용액과 접촉하는 부분의 재질은 소량의 플루오르를 함유한 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 용액 자동 희석 장치.
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