CN109729722A - 微尘前驱物质的精密测量系统 - Google Patents
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Abstract
本申请发明涉及微尘前驱物质的精密测量系统,在使用TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy:可调谐二极管激光吸收光谱法)方法测量作为微尘的前驱物质的NOx、SOx的浓度的装置中,使用热电元件无振动地控制测量单元的温度。
Description
技术领域
本申请发明涉及微尘前驱物质的精密测量系统,详细地涉及使用TDLAS(TunableDiode Laser Absorption Spectroscopy:可调谐二极管激光吸收光谱法)方法测量作为微尘的前驱物质的NOx、SOx的浓度的装置。另外,涉及无振动地控制TDLAS的温度的装置,以便可以在户外始终精密测量微尘前驱物质。
背景技术
以WHO基准微尘和超微尘分别表示粒子的直径为2.5μm、1.0μm的粒子状物质,在韩国分别定义为10μm、2.5μm。
现在,韩国微尘的主要原因之一是由火力发电站的燃烧引起的,已知在火力发电站燃烧生成的微尘占据韩国微尘生产量的20~30%。
相较于从发生源以固体状态的碳类、煤烟、矿物、其它等形式生成微尘的情况,从发生源以气体状态生成的物质与空气中的其它物质发生化学反应成为微尘的比重高。因此,为了微尘的发生量预测等,需要针对转换为二次性微尘的主要气体即NOx、SOx的高精密计量系统。
在对作为大气污染的主要原因的CO、CO2、NOx、SOx等多种气体浓度进行计量时,利用激光的计量方法大受瞩目,该方法可以不采样测量对象的气体而进行实时计量。对大气环境造成影响的气体种类主要吸收红外线区域,其中,红外线区域可以分为近红外线(Near-infrared ray,0.8μm-1.5μm)、中红外线(Mid-infrared ray,1.5μm-5.6μm)、远红外线(Far-infrared ray,5.6μm-1000μm)。在中红外线集中有引起分子吸收的分子振动或旋转运动模式等,因此,中红外线应用于DAS(Direct Absoption Spectroscopy:检测吸收光谱法)计量方法,在对测量对象气体的浓度或温度进行计量的方法中显示出卓越的效果,所述DAS计量方法利用吸收光波长的分子特性。
可调谐二极管激光吸收光谱法(Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy,下面称为’TDLAS’)中,作为光源使用可调谐激光器,这是一种比较透过计量区域之前的初始激光强度I0和经过计量区域发生吸收之后的激光的强度I之比来求出浓度和温度的方法。其以朗伯比尔定律为依据。
根据图1的式可知,吸收量正比于光学性测量距离(optical path length L)。在测量微尘前驱物质的环境中,若假设各计量气体的浓度非常微小,则为提升计量的主要变量值为测量距离L和温度T。在户外实时持续测量微尘前驱物质时,用于测量的观测单元是固定的,因此测量距离L不变,但是温度T随着季节、昼夜等一直变化。因此,利用TDLAS测量低浓度的微尘前驱物质时必须要恒定且精密的温度控制。另一方面,TDLAS本身是非常精密的光学性测量设备,对外部振动非常脆弱。由于这种理由,在使用利用现有的压缩机的冷却系统时,由冷却系统发生的振动对TDLAS的使用形成较大制约。即使将冷却系统设置在远距离,用于传递热介质的泵的振动也成为TDLAS精密测量的障碍。
如上所示,无论如何迫切需要开发一种精密且具备适合光学装置的温度控制系统的TDLAS系统,用于在外部环境导入TDLAS;所述TDLAS可以对转换成微尘的主要前驱物质即NOx、SOx进行实时精密测量。
专利文献1涉及半导体相关制造装置,涉及一种管道冷却器及利用该管道冷却器的小型温度调节装置,在与热管端部进行热交换的热容量大的热交换模块的表面紧密固定热电元件,在该热电元件的热交换模块相反侧布设热运送机构,所述热管具有从所述热交换模块突出的至少一个以上传热延长部,通过所述热电元件的动作控制,通过热交换模块及所述热管的传热延长部,对传热延长部周边热介质进行温度调节。
专利文献2涉及基板处理装置及基板处理方法,所述基板处理装置包括:工序腔;容器,位于和工序腔的内部且具有处理空间;支承机构,位于处理空间内且支承基板;液供给机构,向放置在支承机构的基板供给处理液;以及温度调节机构,调节供给到基板的处理液的温度;所述温度调节机构提供可以在所述处理液的周边进行热交换的流体而将所述处理液的温度维持为预设的温度,在所述处理液供给到基板之前加热或冷却来调节所述处理液的温度。专利文献2是在半导体相关基板处理中调节温度的装置,使用热电元件。
专利文献3涉及在半导体处理装置的真空腔中处理基板时控制温度的组件,如众所周知,在半导体制造工序中,为了控制温度,使用热电元件和远距离压缩式冷却系统。
专利文献4涉及等离子处理设备,包括:形成等离子的工序腔;配置于工序腔上部的腔引线;设置在工序腔内部的放置晶片的卡盘;连接在腔引线的管路;及通过管路与腔引线连接而使恒温流体循环的控温机构,该文献中记载有为了使腔引线的温度维持一定使用热电元件的内容。
一般,很少在室外使用精密的光学设备,附加有无振动地控制温度的系统的室外光学设备更少见。作为无振动地可进行冷却、加热的设备的例子,可以举出热电元件。但是,热电元件如前所示,当前所使用的部分结构制约性非常大,据掌握的信息,没有将如本申请发明那样的TDLAS用于室外光学测量设备中的例子。
(专利文献1)日本公开专利公报第2001-133105号(2001.5.18)
(专利文献2)大韩民国公开专利公报第2007-0026821号(2017.03.09)
(专利文献3)美国公开专利公报第2014-0356985号(2014.12.04)
(专利文献4)大韩民国公开专利公报第2007-0075138号(2007.07.18)
(专利文献5)大韩民国注册专利公报第0481433号(2005.03.28)
(专利文献6)大韩民国公开专利公报第2006-0124111号(2006.12.05)
(专利文献7)大韩民国公开专利公报第2004-0064506号(2004.07.19)
(专利文献8)大韩民国注册专利公报第0772201号(2007.11.01)
发明内容
技术课题
本申请发明是为了解决如上所述的过去的问题而提出的,其目的在于提供一种无振动控制TDLAS装置的温度的装置,以便利用TDLAS在户外始终精密地测量作为微尘的前驱物质的NOx、SOx的浓度。
课题解决方案
为了解决如上所述的问题,本申请发明的第一方式提供一种微尘前驱物质的浓度精密计量装置,其包括:激光部,照射激光束;测量单元,采集用于测量的气体且通过所述激光束;光检测部,汇聚通过所述测量单元的激光束;处理部,利用所述激光束执行分析;及封套形式的热交换部,包围所述测量单元的周边,流过一定温度的热介质。
所述激光部可以是可调谐二极管激光器(Tunable Diode Laser)或分布反馈式激光器(Distributed Feedback laser)。
所述热介质是水,加热或冷却所述水的是包含热电元件的控温模块。具体地,所述控温模块包括:热电元件模块,安装有多个热电元件,且包括印制电路板,该印制电路板上形成有电连接所述多个热电元件的导电图案;以及上表面热交换器及下表面热交换器,与所述多个热电元件的上表面及下表面陶瓷板相接。另一方面,所述微尘前驱物质是NOx、SOx。
热介质的流动可以使用不产生振动的泵,代表性的可使用蠕动泵。所述泵优选与进行光学测量的台面等装置隔开距离来配置。
本申请发明的第二方式提供一种对微尘前驱物质的浓度精密计量装置的测量单元温度进行控制的方法,所述微尘前驱物质的浓度精密计量装置包括:激光部,照射激光束;测量单元,采集用于测量的气体且通过所述激光束;光检测部,汇聚通过所述测量单元的激光束;及处理部,利用所述激光束执行分析;用流过一定温度的热介质的封套形式的热交换部包围所述测量单元的周边,用包括热电元件的控温模块加热或冷却所述热介质。
附图说明
图1表示可调谐二极管激光吸收光谱法(Tunable Diode LaserAbsorptionSpectroscopy,下面称为’TDLAS’)中根据朗伯比尔定律的计算式。
图2是根据本申请发明的一实施例的TDLAS测量装置的简要图。
图3是根据本申请发明的测量单元的简要图。
图4是根据本申请发明的一实施例的控温模块的简要图。
具体实施方式
下面,参照根据本申请发明的实施例的附图进行说明,但这是为了更容易理解本申请发明,而不是以其限定本申请发明的范围。
TDLAS是利用可调谐二极管激光(Tunable Diode Laser)的计量系统,最近在实时计量系统中很受关注。图2是代表性的TDLAS的相关构成,对TDLAS本身的技术事项记载于专利文献5、6、7,在此省略对其详细的说明。
微尘前驱物质的浓度精密计量装置包括:激光部,照射激光束;测量单元,采集用于测量的气体且通过所述激光束;光检测部,汇聚通过所述测量单元的激光束;处理部,利用所述激光束执行分析;及封套形式的热交换部,包围所述测量单元的周边且流过一定温度的热介质。
激光部可以是可调谐二极管激光器或分布反馈式激光器。一般,激光的波长固定,但是通过使用二极管激光器,可以调制波长,这可以通过函数生成器调制。
为了前驱物质浓度的精密测量,恒定地维持测量单元的温度很重要。图3是根据本申请发明的一实施例的测量单元400,在测量单元400的一侧具备激光射入的透镜410和激光进行内部反射后射出到外部的透镜410。在测量单元400的一端和另一端设有测量气体流入流出部420、430,用于测量的气体进入测量气体腔425之后可以排出到外部。在其外围,封套形式的热交换部设置在外部,以便测量气体腔425的温度可以维持恒定。所述热交换部的一端和另一端设有热介质流入流出部440、450,用于主要是水的热介质流入和流去,从而可以使期望的温度的热介质持续循环。
作为可以无振动地改变所述热介质的温度的装置,有包括热电元件的控温模块。图4是根据本申请发明的一实施例的控温模块。热电元件110包括:相隔一定距离的一对陶瓷板;多个N型及P型热电半导体,设置于所述一对陶瓷板之间且以预定的图案排列;导电电极,串联电连接所述多个N型及P型热电半导体;电极端子,分别连接在所述导电电极的端部而向多个N型及P型热电半导体施加电源。
这时,所述一对陶瓷板之间的间隔空间内填充有硅层,可以防止所述各构成要素由于外力相互分开,防止水分流入其内部。
具体地,所述控温模块包括:热电元件模块100,安装有多个热电元件110,且包括印制电路板120,该印制电路板120上形成有电连接所述多个热电元件110的导电图案;上表面热交换器200及下表面热交换器300,与所述多个热电元件110的上表面及下表面陶瓷板相接。所述控温模块包括用于固定所述热电元件模块100、所述上表面热交换器200、所述下表面热换器300的固定部件(附图未图示)。固定部件30利用安装孔130、230、330安装。
所述上表面或下表面热交换器200、300包括:形成于一端的端面的热交换流体流入口510;形成于与所述热交换流体流入口相同的端面的热交换流体排出口520;及内部循环部,从所述热交换流体流入口开始在热交换器内部循环并连接到所述热交换流体排出口的;所述内部循环部配置成投入流体和排出流体总是一对相向的流向。对控温模块的技术事项记载于专利文献8,在此省略对其详细的说明。
热介质的流动中可以使用不产生振动的泵,代表性的可以使用蠕动泵。所述泵优选与进行光学测量的台面等装置隔开距离配置。
如以上说明,根据本申请发明的微尘前驱物质的测量系统,具有即使在户外也可以始终精密地测量微尘前驱物质NOx、SOx的浓度的优点。尤其是,不论季节、昼夜可以在没有振动的状态下恒定地维持测量单元的温度,具有可以无误差地测量低浓度的NOx、SOx的浓度的优点。
本申请发明所属领域的普通技术人员可以根据上述内容,在本申请发明的范围内执行多样的应用及变形。
工业实用性
如以上说明,根据本申请发明的微尘前驱物质的测量系统,具有在户外也可以始终精密地测量作为微尘前驱物质的NOx、SOx的浓度的优点。尤其是,不论季节、昼夜可以在没有振动的状态下恒定地维持测量单元的温度,具有可以无误差地测量低浓度的NOx、SOx的浓度的优点。
Claims (8)
1.一种微尘前驱物质的浓度精密计量装置,其特征在于,包括:激光部,照射激光束;测量单元,采集用于测量的气体且通过所述激光束;光检测部,汇聚通过所述测量单元的激光束;处理部,利用所述激光束执行分析;及封套形式的热交换部,包围所述测量单元的周边,流过一定温度的热介质。
2.如权利要求1所述的微尘前驱物质的浓度精密计量装置,其特征在于,
所述激光部是可调谐二极管激光器或分布反馈式激光器。
3.如权利要求1所述的微尘前驱物质的浓度精密计量装置,其特征在于,
所述热介质是水,加热或冷却所述水的是包含热电元件的控温模块。
4.如权利要求3所述的微尘前驱物质的浓度精密计量装置,其特征在于,
所述控温模块包括:热电元件模块,安装有多个热电元件,且包括印制电路板,该印制电路板上形成有电连接所述多个热电元件的导电图案;以及上表面热交换器及下表面热交换器,与所述多个热电元件的上表面及下表面陶瓷板相接。
5.如权利要求1所述的微尘前驱物质的浓度精密计量装置,其特征在于,
所述微尘前驱物质是NOx、SOx。
6.如权利要求1所述的微尘前驱物质的浓度精密计量装置,其特征在于,
所述热介质的流动基于不产生振动的泵。
7.如权利要求6所述的微尘前驱物质的浓度精密计量装置,其特征在于,
所述泵是蠕动泵。
8.一种对微尘前驱物质的浓度精密计量装置的测量单元温度进行控制的方法,所述微尘前驱物质的浓度精密计量装置包括:激光部,照射激光束;测量单元,采集用于测量的气体且通过所述激光束;光检测部,汇聚通过所述测量单元的激光束;及处理部,利用所述激光束执行分析,其特征在于,
用流过一定温度的热介质的封套形式的热交换部包围所述测量单元的周边,用包括热电元件的控温模块加热或冷却所述热介质。
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