KR100470864B1 - 배출가스 측정용 광음향 측정 장치 - Google Patents

배출가스 측정용 광음향 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배출가스 측정용 광음향 측정 장치에 관한 것으로서, 일측으로부터 주입된 배출가스를 일정 온도로 가열하는 가열파이프(10)와, 가열파이프(10)의 타측에 연결되어 배출가스가 유입되는 환형의 가스공급튜브(20)와, 가스공급튜브(20)의 내주면과 복수의 유로(21,22)에 의해 연결되는 전단에 가스공급튜브(20)로부터 일정 온도로 유지된 배출가스가 유입됨과 아울러 광원(미도시)으로부터 에너지가 입사되는 광원입사부(31)를 구비하며, 입사된 에너지의 영향을 받은 배출가스를 화학성분별로 흡수하는 메이져먼트셀(30)과, 메이져먼트셀(30)의 후단에 설치되어 화학성분별로 흡수된 배출가스의 성분함량을 감지하여 외부로 나타내는 감지기(40)를 포함하는 배출가스 성분측정용 광음향 측정장치에 있어서, 가열파이프(10)에 의해 일정 온도로 가열되어 가스공급튜브(20)로 유입된 배출가스가 각각의 유로(21,22)를 통해 균등하게 메이져먼트셀(30)의 광원입사부(31)로 공급되도록 가열파이프(10)의 일단은 가스공급튜브(20) 외측의 접선에 수직으로 연결되는 것으로서, 배출가스가 가스공급튜브를 통해 광원입사부로 공급시 배출가스가 광원입사부내에 균등하게 공급되도록 하여 광원입사부내에 유입된 배출가스의 와류 형성을 최소화시킴과 아울러 메이져먼트셀의 전단으로부터 후단을 통과하는 배출가스의 유동장을 안정화킴으로써 배출가스의 성분함량을 정확하게 측정하는 효과를 가지고 있다.

Description

배출가스 측정용 광음향 측정 장치{PHOTOACOUSTIC SPECTROSCOPY DEVICE FOR MEASURING EXHAUST GAS}
본 발명은 배출가스 측정용 광음향 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배출가스가 가스공급튜브를 통해 광원입사부로 공급시 배출가스가 광원입사부내에 균등하게 공급되도록 하여 광원입사부내에 유입된 배출가스의 와류 형성을 최소화시킴과 아울러 메이져먼트셀의 전단으로부터 후단을 통과하는 배출가스의 유동장을 안정화시키는 배출가스 측정용 광음향 측정 장치에 관한 것이다.
산업이 발전함에 따라 각종 산업 현장에서 발생하는 배출가스의 양은 급증하고 있으며, 이로 인해 대기오염이 날로 심화됨에 따라 심각한 환경파괴 현상이 나타나고 있다.
대기오염원의 80%를 차지하고 있는 자동차의 경우에는 선진국을 중심으로 제작차에 대한 배출가스 규제뿐만 아니라 운행차에 대한 배출가스 규제강화를 통하여 환경무역장벽을 형성하며, 적극적으로 환경보호정책을 추진 및 유도하고 있다.
국내에서도 대기환경보전법에 의거 2001년 12월 31일부터 연도용 고감도 배출가스 측정 센서의 설치가 의무화되어 정부 관련부처 및 환경전문가들이 제작차에 대한 배출가스 규제강화를 실시하고 있으며, 운행차에 대한 실질적인 배출가스 규제를 위하여 검사항목 추가(NO X ) 및 부하검사 시행을 통하여 자동차에 의한 대기오염 저감대책을 추진하고 있는 실정이다.
배출가스 측정장치로는 배출가스 데이터를 작동 유체로 사용하고 광원(light source)에서 발생되는 복사에너지를 고려한 유동해석을 실시하여 자동차 배출가스를 측정하는 광음향 측정 장치가 있다.
종래의 자동차나 연도(煙道)의 배출가스를 측정하기 위한 광음향 측정 장치를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 배출가스 측정용 광음향 측정 장치는 일측으로부터 주입된 배출가스를 일정 온도로 가열하는 가열파이프(1)와, 가열파이프(1)의 일단에 연결되는 환형의 가스공급튜브(2)와, 가스공급튜브(2)의 내주면과 복수의 유로(2a,2b)에 의해 연결되는 광원입사부(3a)가 구비되는 메이져먼트셀(3)과, 메이저먼트셀(3)의 타단에 설치되는 감지기(4)를 포함한다.
가열파이프(1)는 일측에 자동차 또는 연도의 배출가스가 주입되도록 주입파이프(1a)가 연결되어 주입파이프(1a)로부터 주입된 배출가스를 55℃정도로 가열하여 타측에 연결된 가스공급튜브(2)로 유입시킨다.
가스공급튜브(2)는 환형으로 형성되고, 외측의 접선방향으로 가열파이프(1)의 타측이 연결되며, 내측에 메이져먼트셀(3)의 광원입사부(3a)가 삽입되어 내주면과 한 쌍의 유로(2a,2b)에 의해 연결된다.
메이져먼트셀(3)은 일단에 가열파이프(1)에 의해 일정 온도로 가열된 배출가스가 가스공급튜브(2)를 거쳐 한 쌍의 유로(2a,2b)를 통해 양분되어 공급됨과 아울 러 광원(미도시)으로부터 일정한 에너지가 입사되는 광원입사부(3a)가 구비된다.
광원입사부(3a)에 광원(미도시)으로부터 입사되는 에너지는 5W정도이며, 가스공급튜브(2)로부터 공급되는 일정 온도로 유지된 배출가스에 광원(미도시)으로부터 입사된 에너지를 전달한다.
메이져먼트셀(3)은 가스공급튜브(2)를 통해 광원입사부(3a)로 공급되어 광원(미도시)에서 입사된 에너지의 영향을 받는 배출가스를 화학성분별로 흡수하며, 타단에 배출가스의 화학성분을 감지하여 그 성분함량을 외부로 나타내는 감지기(4)가 설치된다.
또한, 메이져먼트셀(3)은 타단에 광원입사부(3a)로부터 공급된 배출가스가 외부로 배출되도록 배출파이프(5)가 구비된다.
이와 같은 구조로 이루어진 종래의 배출가스 측정용 광음향 측정 장치의 동작을 알아보면 다음과 같다.
자동차 주행시, 또는 연도에서 발생된 배출가스가 주입파이프(1a)를 통해 가열파이프(1)로 주입되면 배출가스를 감지기(4)가 감지하기에 알맞은 55℃정도로 가열하여 가스공급튜브(2)로 공급시킨다.
가스공급튜브(2)로 공급된 배출가스는 55℃정도를 유지한 채 유로(2a,2b) 각각을 통하여 광원입사부(3a)로 공급되며, 광원입사부(3a)에서는 광원(미도시)으로부터 입사된 5W정도의 에너지를 배출가스에 전달한다.
광원입사부(3a)로 공급되어 광원(미도시)에서 입사된 에너지의 영향을 받는 배출가스는 메이져먼트셀(3)의 전단으로부터 후단으로 이동하면서 화학성분별로 흡 수되며, 감지기(4)는 이러한 배출가스의 COx, SOx, NOx 등의 성분함량을 외부로 나타낸다.
광원입사부(3a)로 공급되어 메이져먼트셀(3)을 통과한 배출가스는 배출파이프(5)를 통해 외부로 배출된다.
그러나, 이와 같은 종래의 배출가스 측정용 광음향 측정 장치는 도 2에서 나타낸 바와 같이, 가열파이프(1)의 끝단이 환형의 가스공급튜브(2)의 외측에 접선방향으로 연결됨으로써 가열파이프(1)로부터 유입되는 배출가스는 관성력에 의해 가스공급튜브(2)내를 따라 일방향으로 회전을 일으키기 때문에 두 개의 유로(2a,2b)중 어느 하나의 유로(2a)로 공급되는 배출가스의 양과 압력이 다른 하나의 유로(2b)에 비해 크기 때문에 광원입사부(3a)로 공급된 배출가스가 강력한 와류를 발생시킨다.
그러므로, 광원입사부(3a)로 공급된 배출가스는 메이져먼트셀(3) 전단으로부터 후단으로 이동시 유동장이 불안정하여 감지기(4)로부터 측정상의 오차가 크게 발생하여 배출가스의 성분함량을 정밀하게 측정하지 못하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가열파이프에 의해 일정 온도로 유지된 배출가스가 가스공급튜브를 통해 광원입사부로 공급시 배출가스가 광원입사부내에 균등하게 공급되도록 하여 광원입사부내에 유입된 배출가스의 와류 형성을 최소화시킴과 아울러 메이져먼트셀의 전단으로 부터 후단을 통과하는 배출가스의 유동장을 안정화킴으로써 배출가스의 성분함량을 정확하게 측정하는 배출가스 측정용 광음향 측정 장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 일측으로부터 주입된 배출가스를 일정 온도로 가열하는 가열파이프와, 가열파이프의 타측에 연결되어 배출가스가 유입되는 환형의 가스공급튜브와, 가스공급튜브의 내주면과 복수의 유로에 의해 연결되는 전단에 가스공급튜브로부터 일정 온도로 유지된 배출가스가 유입됨과 아울러 광원으로부터 에너지가 입사되는 광원입사부를 구비하며, 입사된 에너지의 영향을 받은 배출가스를 화학성분별로 흡수하는 메이져먼트셀과, 메이져먼트셀의 후단에 설치되어 화학성분별로 흡수된 배출가스의 성분함량을 감지하여 외부로 나타내는 감지기를 포함하는 배출가스 성분측정용 광음향 측정장치에 있어서, 가열파이프에 의해 일정 온도로 가열되어 가스공급튜브로 유입된 배출가스가 각각의 유로를 통해 균등하게 메이져먼트셀의 광원입사부로 공급되도록 가열파이프의 일단은 가스공급튜브 외측의 접선에 수직으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 B-B'선에 따른 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 배출가스 측정용 광음향 측정 장치는 일측으로부터 주입된 배출가스를 일정 온도로 가열하는 가열파이프(10)와, 가열파이프(10)의 일단이 외측의 접선(L)에 수직으로 연결되는 환형의 가스공급튜브(20)와, 가스공급튜브(20)의 내주면과 복수의 유로(21,22)에 의해 연결되는 광원입사부(31)가 전단에 구비되는 메이져먼트셀(30)과, 메이저먼트셀(30)의 후단에 설치되는 감지기(40)를 포함한다.
가열파이프(10)는 일측에 주입파이프(11)가 연결되며, 주입파이프(11)로부터 주입되는 자동차 또는 연도(煙道)의 배출가스를 감지기(40)가 감지하기에 알맞은 온도인 55℃정도로 가열하여 타측에 연결된 가스공급튜브(20)로 유입시킨다.
가스공급튜브(20)는 환형으로 형성되고, 가열파이프(10) 일단이 외측의 접선(L)에 수직되게 연결되고, 내측에 메이져먼트셀(30)의 선단에 구비된 광원입사부(31)가 삽입되며, 광원입사부(31)는 내주면과 한 쌍의 유로(21,22)에 의해 서로 연결된다.
메이져먼트셀(30)의 광원입사부(31)는 가열파이프(10)에 의해 일정 온도로 가열된 배출가스가 가스공급튜브(20)를 거쳐 한 쌍의 유로(21,22)를 통해 양분되어 공급됨과 아울러 광원(미도시)으로부터 5W정도의 에너지가 입사된다.
가스공급튜브(20)로부터 광원입사부(31)로 배출가스가 공급시 가스공급튜브(20) 외측의 접선(L)에 가열파이프(10) 일단이 수직되게 연결됨으로써 가열파이프(10)로 유입되는 배출가스가 환형의 가스공급튜브(20)내를 어느 한 방향으로 치우침이 없이 균형되게 유입되며, 유입된 배출가스가 각각의 유로(21,22)를 통해 균등하게 양분되어 광원입사부(31)로 안정되게 공급된다.
메이져먼트셀(30)은 광원입사부(31)로 안정되게 공급됨으로써 와류의 형성이 최소화된 상태로 광원(미도시)에서 입사된 에너지의 영향을 받게 된 배출가스를 화학성분별로 흡수하며, 타단에 배출가스의 성분함량을 감지하는 감지기(40)가 설치된다.
감지기(40)는 메이져먼트셀(30)의 광원입사부(31)로 공급되어 메이져먼트셀(30)의 후단으로 이동하면서 화학성분별로 흡수되는 배출가스의 성분함량을 외부로 나타낸다.
메이져먼트셀(30)은 후단에 광원입사부(31)로부터 공급된 배출가스가 외부로 배출되도록 배출파이프(50)가 구비된다.
이와 같은 구조로 이루어진 배출가스 측정용 광음향 측정 장치의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
주입파이프(11)를 통해 자동차나 연도의 배출가스가 가열파이프(10)로 주입되어 감지하기에 알맞은 55℃정도로 가열되어 가스공급튜브(20)로 주입된다.
이 때, 가열파이프(10)의 일단이 가스공급튜브(20) 외측의 접선(L)에 수직되게 연결됨으로써 가열파이프(10)로 유입되는 배출가스가 환형의 가스공급튜브(20)내를 어느 한 방향으로 치우침이 없이 균형있게 유입됨으로써 유입된 배출가스가 각각의 유로(21,22)를 통해 균등하게 양분되어 광원입사부(31)로 안정되게 공급된다.
광원입사부(31)로 유입된 배출가스는 광원(미도시)에서 입사된 에너지의 영향을 받으며, 와류의 형성을 최소화시키면서 유동장이 안정된 상태로 메이져먼트셀(30)의 후단으로 이동하면서 메이져먼트셀(30)에 화학성분별로 흡수된 다.
즉, 광원입사부(31)에서 광원(미도시)으로부터 발생된 5W의 에너지를 받는 배출가스가 매우 안정된 유동장을 가진 상태로 메이져먼트셀(30)의 전단으로부터 후단에 이르기까지 점차적으로 에너지가 흡수됨으로써 그 함량을 감지기(40)가 정확하게 측정하도록 한다.
도 5는 종래의 배출가스 측정용 광음향 측정 장치와 본 발명에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치의 속도를 비교한 그래프이고, 도 6은 종래의 배출가스 측정용 광음향 측정 장치와 본 발명에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치의 복사에너지를 비교한 그래프이다. 도시된 바와 같이, 메이져먼트셀(40)의 중앙에 중심선을 설정하여 전단인 원점에서부터 감지기(40)까지의 거리 200mm와 광원에서 발생하는 속도 및 복사에너지를 비교하였다.
도 5에서 나타낸 바와 같이, 종래의 배출가스 측정용 광음향 측정 장치와 본 발명에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치의 속도를 비교하면, 원 C에서 알 수 있듯이 종래(Existing Model; 으로 표시)에는 메이져먼트셀(30)의 전단인 원점으로부터 20mm 지점에서 속도변화가 심하여 배출가스의 측정에 좋지 않은 영향을 미치지만, 본 발명(Modified Model; □으로 표시)은 배출가스의 속도가 균일하여 감지기(40)가 배출가스의 성분함량을 양호하게 측정할 수 있다.
도 6에서 나타낸 바와 같이, 종래의 배출가스 측정용 광음향 측정 장치와 본 발명에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치의 복사에너지를 비교하면, 원 D에서 알 수 있듯이 메이저먼트셀(30)의 전단인 원점으로부터 20mm 떨어진 부분에서 종래(Existing Model; 으로 표시)에 비해 본 발명(Modified Model; □으로 표시)이 복사에너지를 더 잘 흡수하여 배출가스 함량 및 성분을 정확히 감지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 가열파이프에 의해 일정 온도로 유지된 배출가스가 가스공급튜브를 통해 광원입사부로 공급시 배출가스가 광원입사부내에 균등하게 공급되도록 하여 광원입사부내에 유입된 배출가스의 와류 형성을 최소화시킴과 아울러 메이져먼트셀의 전단으로부터 후단을 통과하는 배출가스의 유동장을 안정화킴으로써 배출가스의 성분함량을 정확하게 측정한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치는 가열파이프에 의해 일정 온도로 유지된 배출가스가 가스공급튜브를 통해 광원입사부로 공급시 배출가스가 광원입사부내에 균등하게 공급되도록 하여 광원입사부내에 유입된 배출가스의 와류 형성을 최소화시킴과 아울러 메이져먼트셀의 전단으로부터 후단을 통과하는 배출가스의 유동장을 안정화킴으로써 배출가스의 성분함량을 정확하게 측정하는 효과를 가지고 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 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.
도 1은 종래의 기술에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치를 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치를 도시한 사시도이고,
도 4는 도 3의 B-B'선에 따른 단면도이고,
도 5는 종래의 배출가스 측정용 광음향 측정 장치와 본 발명에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치의 속도를 비교한 그래프이고,
도 6은 종래의 배출가스 측정용 광음향 측정 장치와 본 발명에 따른 배출가스 측정용 광음향 측정 장치의 복사에너지를 비교한 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 ; 가열파이프 11 ; 주입파이프
20 ; 가스공급튜브 21,22 ; 유로
30 ; 메이져먼트셀 31 ; 광원입사부
40 ; 감지기 50 ; 배출파이프

Claims (1)

  1. 일측으로부터 주입된 배출가스를 일정 온도로 가열하는 가열파이프와, 상기 가열파이프의 타측에 연결되어 배출가스가 유입되는 환형의 가스공급튜브와, 상기 가스공급튜브의 내주면과 복수의 유로에 의해 연결되는 전단에 상기 가스공급튜브로부터 일정 온도로 유지된 배출가스가 유입됨과 아울러 광원으로부터 에너지가 입사되는 광원입사부를 구비하며, 입사된 에너지의 영향을 받은 배출가스를 화학성분별로 흡수하는 메이져먼트셀과, 상기 메이져먼트셀의 후단에 설치되어 화학성분별로 흡수된 배출가스의 성분함량을 감지하여 외부로 나타내는 감지기를 포함하는 배출가스 성분측정용 광음향 측정장치에 있어서,
    상기 가열파이프에 의해 일정 온도로 가열되어 상기 가스공급튜브로 유입된 배출가스가 각각의 유로를 통해 균등하게 상기 메이져먼트셀의 광원입사부로 공급되도록 상기 가열파이프의 일단은 상기 가스공급튜브 외측의 접선에 수직으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배출가스 측정용 광음향 측정 장치.
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