KR100707963B1 - Chamber system for measuring of gas emission velocity by semi-conductor sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 악취 및 휘발성 유기물 등을 포함하는 대기로 배출되는 가스상 물질의 발생원에서 이들 성분의 확산속도 및 배출량을 산출하기 위한 챔버 시스템에 관한 것으로 좀더 상세히는 하수처리장 또는 쓰레기 매립장 같은 넓은 면적의 오염원에서 발생되는 악취가스 등의 배출량을 정확히 측정하기 위하여 반도체 가스 센서를 이용한 챔버시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a chamber system for calculating the diffusion rate and emissions of these components from the source of gaseous substances discharged to the atmosphere, including odors and volatile organics, more specifically in a large area of pollution sources such as sewage treatment plants or landfills The present invention relates to a chamber system using a semiconductor gas sensor in order to accurately measure the amount of odor gas generated.
대기오염, 악취가스, 확산속도, 반도체센서, 챔버 Air Pollution, Odor Gas, Diffusion Speed, Semiconductor Sensor, Chamber
Description
도 1은 닫힌챔버의 일실시예의 모식도1 is a schematic view of one embodiment of a closed chamber
도 2는 또다른 닫힌 챔버의 일실시예의 모식도2 is a schematic diagram of one embodiment of another closed chamber;
도 3은 본 발명의 일실시예의 챔버시스템의 모식도.Figure 3 is a schematic diagram of a chamber system of one embodiment of the present invention.
도4는 본 발명에서 사용한 반도체가스 센서의 일예.4 is an example of a semiconductor gas sensor used in the present invention.
본 발명은 악취 및 휘발성 유기물 등을 포함하는 대기오염 물질의 제어를 위하여 오염원에서 이들 성분의 확산속도 및 배출량을 산출하기 위한 챔버 시스템에 관한 것으로 좀더 상세히는 하수처리장 또는 쓰레기 매립장 같은 넓은 면적의 오염원에서 발생되는 악취가스 등의 배출량을 정확히 측정하기 위하여 반도체가스 센서를 이용한 챔버시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chamber system for calculating the diffusion rate and emissions of these components from a pollutant for the control of air pollutants including odors and volatile organics. More specifically, the present invention relates to a chamber system for a large area such as a sewage treatment plant or a landfill. It relates to a chamber system using a semiconductor gas sensor in order to accurately measure the emission of odor gas generated.
환경오염 중 악취, VOCs를 포함한 대기오염은 오염 현상을 규명하고, 이들의 정확한 배출량 산정하여 예상되는 환경오염에 대한 대책을 세워 오염을 제어할 수 있다. Air pollution including odors and VOCs among environmental pollution can control pollution by identifying pollution phenomena and estimating their exact emissions and taking countermeasures against anticipated environmental pollution.
즉, 오염원에서 발생하는 각종 오염물질을 평가한 현장실측 결과와 배출원, 배출량 자료, 기상조건, 지형조건이 고려된 대기오염 모델링(modeling - simulation) 수행이 가능하게 되었고, 각종 다양한 기상조건의 현상에서 발생할 수 있는 대기오염 현상을 시나리오별로 작성이 가능하게 된다. In other words, it is possible to perform air pollution modeling (modeling-simulation) that considers various pollutants generated from pollutants, and considers emission sources, emission data, weather conditions, and topographical conditions. Possible air pollution can be prepared for each scenario.
그러므로, 각 오염원의 배출원, 배출량 자료는 매우 중요하며 이에 대한 정확한 조사가 필요하게 된다.Therefore, the emission source and emission data of each pollutant source is very important and an accurate investigation is required.
일반적으로 대기 및 악취 오염원은 특성에 따라 크게 점(point), 선(line), 면(area), 부피(Volume) 오염원으로 구분이 가능하다.In general, air and odor pollutants can be classified into point, line, area, and volume pollutants according to their characteristics.
점오염원은 쉽게 공장의 굴뚝을 생각할 수 있고, 선오염원은 비행기, 기차, 차량 등 선의 형태로 이동하면서 오염원을 배출하는 경우, 면오염원은 매립장, 하,폐수 처리장 등을 들 수 있으며, 부피오염원은 옥내 쓰레기 저장시설 등을 들 수 있다.Point sources can easily be thought of the chimneys of factories, and line sources can be considered as landfills, sewage and wastewater treatment plants. Indoor waste storage facilities.
점오염원의 배출량은 경우 단면적,유속,배출시간의 곱으로 산출이 가능하며, 선오염원 또한 동일한 방법으로 종, 횡 확산계수를 고려하여 배출량을 산정할 수 있다. The point source can be calculated by multiplying the cross-sectional area, velocity, and discharge time, and the line source can also be estimated by taking into account the longitudinal and lateral diffusion coefficients.
그러나 면오염원의 경우는 각 조건에 따른 속도의 확인이 불가능하고, 오염 원의 면적이 넓으므로 이에 따른 영향성 해석에 매우 어려운 점이 있다.However, in the case of cotton pollutants, it is impossible to check the speed according to each condition, and the area of the pollutant is large, which makes it very difficult to analyze the impact.
악취, VOCs 등과 같은 가스상 오염물질은 점오염원의 경우 배출농도와 배출유량을 이용하여 비교적 용이하게 그 배출량을 산정할 수 있으나 면오염원은 일정한 배출구가 없이 전면적에서 가스상 오염물질을 배출하며, 배출량도 온도, 기압, 풍향 및 풍속, 습도 등 기상조건의 영향을 받게 되므로, 현장조건에 따른 다른 배출량 산정방법을 적용하여야 한다.Gaseous pollutants such as odors and VOCs can be easily calculated using point concentrations and discharge flow rates in case of point pollutants, but cotton pollutants emit gaseous pollutants from the entire area without a constant outlet. In addition, other methods of estimating emissions according to site conditions should be applied because they are affected by weather conditions such as air pressure, wind direction, wind speed, and humidity.
면오염원에서의 배출량을 산정하기 위해서는 단위면적당 단위시간당 배출량을 의미하는 가스상 오염물질의 배출농도와 플럭스(flux, mass·m-2·time-1) 또는 그에 적합한 배출속도(m·time-1)에 관한 정보가 필요하다. 가스상 오염물질의 경우 일반적으로 배출속도가 매우 작고(수~수십 cm/s), 환경조건에 영향을 받으므로 이를 현장에서 측정하는 것은 기술적으로 매우 어려운 부분에 속한다.To calculate the emissions from cotton pollutants, the emission concentrations and fluxes of gaseous pollutants, which are the emissions per unit time per unit area (flux, mass · m–2 · time–1) or the appropriate emission rate (m · time–1) I need information about In the case of gaseous pollutants, the discharge rate is generally very small (several to several tens of cm / s) and is affected by environmental conditions, making it difficult to measure on site.
면오염원에서의 가스상 오염 물질배출량(대표적으로 악취)을 산정하는 방법은 크게 간접추정법과 직접측정법으로 구분할 수 있다. The method of estimating the amount of gaseous pollutant emissions from cotton pollutants (typically odor) can be largely divided into indirect estimation method and direct measurement method.
간접추정법은 배출속도를 직접 측정하지 않고 추정하는 방법으로서, 온도차를 이용하여 가스상 오염물질 배출량을 추정하는 방법과, 발생시설의 특성과 가스상 오염 물질물질의 물리화학적 특성을 이용하여 가스상 오염 물질배출량을 추정하는 공학적 계산법이 있다.Indirect estimation is a method of estimating the emission rate without direct measurement.It is a method of estimating gaseous pollutant emissions using a temperature difference, and calculates the gaseous pollutant emissions using the characteristics of the generating facility and the physical and chemical characteristics of the gaseous pollutants. There is an engineering calculation to estimate.
상기 온도차를 이용한 오염물 배출방법은 주로 특정한 배출구가 없는 작업장에서의 악취배출량 산정에 사용되는 방법이다. 작업장에서 비산된 가스상 오염 물질은 작업장내 공기 배출구 면적과 외부의 공기 유입구 면적의 차이가 크지 않는 한 외기온도와 작업장내 온도차의 제곱근에 비례하므로, 이를 이용하여 수학식 1로 가스상 오염 물질 배출량을 산출할 수 있다. The pollutant discharge method using the temperature difference is a method mainly used for the calculation of odor emission amount in a workplace without a specific discharge port. Since the gaseous pollutants scattered at the workplace are proportional to the square root of the outside temperature and the workplace temperature difference, the gaseous pollutant emissions can be calculated using Equation 1 as long as the difference between the air outlet area and the outside air inlet area of the workplace is not large. Can be.
Qv : 작업장 가스상 오염 물질물질 유량(㎥/시간), Qv: workplace gaseous pollutant flow rate (㎥ / hour),
Ao : 배출구면적(㎡), Ai : 유입구 면적(㎡),Ao: outlet area (㎡), Ai: inlet area (㎡),
To : 외기온도(℃), Ti : 작업장내의 온도(℃),To: outside temperature (℃), Ti: temperature in workplace (℃),
Δh : 배출구와 유입구간의 수직거리(m),Δh: vertical distance between discharge and inlet (m),
ΔT : 작업장내와 외기와의 온도차(℃),ΔT: temperature difference between the workplace and outside air (℃),
m : 배출구 면적과 유입구 면적과의 비(Ao/Ai)m: Ratio of outlet area to inlet area (Ao / Ai)
그러나, 상기 온도차에 의한 방법은 전지점에 따른 온도 대표성 획득이 사실상 불가능한 문제점이 있다.However, the method by the temperature difference has a problem that it is virtually impossible to obtain the temperature representativeness according to the battery point.
공학적 계산법은 화학물질배출량 조사지침(환경부)에 명시된 방법으로서, 공정설계자료(예:온도, 압력, 시설크기, 유속, 반응시간, 체류시간 등)와, 가스상 오염 물질의 화학반응식, 대상물질의 물리화학적 성질(예: 증기압, 용해도, 확산계수 등), 물리화학법칙(이상기체상태방정식 등)이나 이론 등을 사용하여 대상시설에서의 악취배출량을 추정하는 방법이다. 이 방법은 공학적 계산법을 프로그램화한 전 산모델을 이용하여 산정한다.Engineering calculations are specified in the Chemical Emissions Survey Guidelines (Ministry of Environment), which includes process design data (e.g. temperature, pressure, facility size, flow rate, reaction time, residence time, etc.), chemical reaction equations for gaseous pollutants, and target materials. It is a method of estimating odor emissions from a target facility using physicochemical properties (eg vapor pressure, solubility, diffusion coefficient, etc.), laws of physical chemistry (e.g. This method is estimated using a computational model that has programmed engineering calculations.
상기 공학적 계산법은 각종 프로그램과 전문화된 계수값 등을 이해해야하므로 반드시 전문인력이 필요하다.The engineering calculation method is required to understand the various programs and specialized coefficients, etc., so that professional manpower is required.
또한, 직접측정법은 배출속도를 직접 측정하여 가스상 오염물질 플럭스(flux)를 산정하는 방법으로서, 풍속 또는 포집속도를 이용하는 방법과 챔버(Chamber)를 이용하여 측정하는 방법이 있다.In addition, the direct measurement method is a method of calculating the gaseous pollutant flux by measuring the discharge rate directly, and there are a method using a wind speed or a collection rate and a method using a chamber.
밀폐가 안된 폐수처리장, 하수처리장 집수조, 매립장, 야적장, 쓰레기 적환장 등의 경우, 가스상 오염물질은 확산에 의해 대기 중에 배출되는 경우가 대부분이다.In the case of unsealed waste water treatment plants, sewage treatment plant collection tanks, landfills, yards, and garbage dumps, gaseous pollutants are most often released to the atmosphere by diffusion.
그런데, 하수처리장의 집수조나 저류조 등과 같이 포기가 없고, 매립장이나 야적장과 같이 대기에 노출된 배출원의 경우 가스상 오염물질은 표면으로부터 확산에 의해 대기 중에 배출되는데, 이때 물 속에 녹아 있는 가스상 오염물질의 용해도, 수면 위의 증기압 등 여러 요인이 관계되며, 대기 중 풍속이나 온도 등도 큰 영향을 미치게 된다.By the way, in the case of a discharge source exposed to the atmosphere such as a collection tank or a storage tank of a sewage treatment plant, and a landfill or a yard, the gaseous pollutants are released to the atmosphere by diffusion from the surface, and the solubility of the gaseous pollutants dissolved in the water is Many factors are involved, such as steam pressure on the water's surface, and wind speed and temperature in the air.
그러나, 이러한 시설에서의 가스상 오염배출량을 간략히 추정하기 위하여, 수면 위에 가스상 오염물질이 휘발되어 바람에 의해 이동되는 현상만을 고려하여 가스상 오염배출량을 산정할 수 있다. 즉, 배출원 표면에서 가스상 오염농도를 측정하여 이를 평균농도로 가정하고, 평균풍속과 배출원 면적을 곱하여 배출량을 산정하게 되면 비교적 쉽게 배출량을 산정할 수 있다(Fukuyama et al., 1996; Tanikawa, 1996).However, in order to briefly estimate the gaseous pollutant discharge amount in such a facility, the gaseous pollutant discharge amount may be calculated only by considering the phenomenon that the gaseous pollutant is volatilized on the water surface and moved by the wind. In other words, by measuring the gaseous pollutant concentration on the surface of the source and assuming it as the average concentration, multiplying the average wind speed and the source area, the emission can be estimated relatively easily (Fukuyama et al., 1996; Tanikawa, 1996). .
매립장에서의 가스상 오염발생량은 폐가스 수집관이 없는 경우 매립장 전체에서 가스상 오염이 발생되므로, 매립장 대표지점의 표면에서 가스상 오염농도를 측정하여 이를 평균 농도로 가정하여 배출량을 산정하게 된다.Since gaseous pollution occurs at the landfill when there is no waste gas collection pipe, the gaseous pollution is measured at the surface of the landfill representative point, and the emission is calculated based on the average concentration.
쓰레기 야적장 등 야적된 가스상 오염물질의 가스상 오염 배출량 산정기법에 대한 연구는 많지 않은데, 가스상 오염이 확산에 의해서만 배출된다고 가정하면 가스상 오염배출량을 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Although there are not many studies on the gaseous pollutant emission estimation method of piled gaseous pollutants such as garbage dumps, the gaseous pollutant discharge amount can be expressed as shown in Equation 2 assuming that the gaseous pollutant is discharged only by diffusion.
풍속이나 포집속도를 이용하여 배출량을 산정하는 방법은 그 동안 면오염원에서의 배출량 산정에 주로 사용되는 방법으로서, 비교적 간단하게 측정 시점의 가스상 오염배출량을 측정할 수 있다는 장점이 있는 반면에, 실제는 매우 작은 표면에서의 자연적인 휘발속도를 풍속으로 대체하여 사용하므로, 가스상 오염배출량을 과대 평가하게 된다. 또, 풍속을 사용할 경우에도 풍속에 직각인 단면적을 곱하여 배출량을 선정하여야 하지만, 현실적으로 풍속에 직각인 단면적을 구하기가 곤란하여 가스상 오염배출면적을 적용하는 것도 문제점의 하나이다.The method of estimating emissions using wind speed or collection speed is a method that is mainly used for estimating emissions from cotton pollutants, which has the advantage of relatively simple measurement of gaseous pollutant emissions at the time of measurement. The natural volatilization rate on very small surfaces is replaced by the wind speed, which overestimates gaseous emissions. In addition, even when the wind speed is used, the emissions should be selected by multiplying the cross-sectional area perpendicular to the wind speed. However, it is difficult to obtain a cross-sectional area perpendicular to the wind speed.
가스상 오염발생 표면의 풍속을 이용하여 가스상 오염배출량을 산정할 경우, 앞서 언급한 바와 같이 과대평가할 가능성이 크므로, 풍속을 포집속도(Capture Velocity : CV)로 대체하여 산정하기도 한다. 포집속도는 후드 등으로 휘발된 물질 을 포집할 때 외부로의 비산을 방지하기 위하여 적용되는 속도로서 보통 0.25~0.5 m/sec를 적용한다. 즉, 포집속도를 이용한 가스상 오염배출량은 수학식 3과 같다.In the case of estimating the amount of gaseous pollutant emissions using the wind speed of the gaseous polluting surface, it is likely to overestimate as mentioned above, so the wind speed may be replaced by the capture velocity ( CV) . The collection speed is the speed that is applied to prevent scattering to the outside when collecting volatilized material such as hood, etc., usually 0.25 ~ 0.5 m / sec. That is, the gaseous pollutant discharge amount using the capture rate is shown in Equation 3.
여기서 S : 면적( m2 ), CV : 0.25~0.5 ( m/sec)Where S : Area (m2), CV : 0.25 ~ 0.5 (m / sec)
포집속도는 풍속에 비하여 10~20% 정도이므로, 상대적으로 가스상 오염배출량은 과대 평가할 가능성은 적으나, 포집속도는 비산된 가스상 오염이 후두의 포집범위 밖으로 빠져나가는 것을 방지하기 위한 속도로서, 가스상 오염나 VOCs의 표면 배출속도 자체는 아니다.Since the collection rate is about 10-20% of the wind speed, it is relatively unlikely to overestimate the gaseous pollutant emissions.However, the collection rate is a rate to prevent the scattered gaseous contamination from falling out of the larynx. It is not the surface emission rate of VOCs themselves.
또한, 챔버에 의한 방법은 토양 표면(토양, 매립장, 야적물 등)이나 수체 표면(침사지, 저류조, 농축조 등)에서 발산되는 배출가스를 측정하기 위해 사용된 배출량 산정방법으로, 닫힌챔버(Closed enclosure chamber)방법과, 열린챔버(Dynamic flux chamber)방법으로 구분할 수 있다.In addition, the chamber-based method is an emission estimation method used to measure emissions emitted from soil surfaces (soils, landfills, yards, etc.) or water surface (sedimentation basins, reservoirs, thickeners, etc.). chamber) and open chamber (Dynamic flux chamber) method.
닫힌챔버방법은 표면으로부터 대기 중으로 발산되는 가스상 오염물질을 챔버 등으로 차단하면 챔버 내의 가스농도가 증가하는 현상을 이용하여 플럭스를 측정하는 방법이다. 즉, 챔버를 측정지점(토양표면, 수체표면 등)에 설치한 후, 가스 농도가 시간에 따라 선형적으로 증가하는 동안 챔버로부터 시료가스를 일정시간 간격으로 채취하고, 가스크로마토그래피(GC)로 분석하여 시간 간격에 따른 농도변화량( ΔC/Δt))을 이용하여 가스배출량 플럭스를 산정하는 방법으로 N2O, CO2, CH4 같이 비교적 반응이 느린 기체들의 경우 주로 사용되는 방법이다(Eklund Bart,Journal of AirWaste Management Association, 42, pp. 1584-1590,1992), (E. J. Williams E. A. Davidson Atmospheric Environment, 27A-14, pp. 2107-2113, 1993)The closed chamber method is a method of measuring the flux using a phenomenon in which the gas concentration in the chamber increases when the gaseous contaminants emitted from the surface to the atmosphere are blocked by the chamber. That is, after the chamber is installed at the measurement point (soil surface, water surface, etc.), the sample gas is collected at regular intervals from the chamber while the gas concentration increases linearly with time, and the gas chromatography (GC) It is a method to estimate the gas discharge flux by analyzing the concentration change (ΔC / Δt) over time intervals and is mainly used for relatively slow gases such as N2O, CO2, CH4 (Eklund Bart, Journal of AirWaste Management Association, 42, pp. 1584-1590, 1992), (EJ Williams EA Davidson Atmospheric Environment, 27A-14, pp. 2107-2113, 1993)
닫힌챔버는 구조가 비교적 간단하고, 장치구성도 경제적이며, 단기간 동안만 측정지점을 챔버가 점유함으로써 측정값에 거의 변화를 미치지 않는다. 또한, 장치의 설치와 이동이 용이하여 여러 장소에서 같은 장치로 측정할 수 있으며, 챔버 설치시 배출량 산정에 미치는 영향은 토양으로부터의 자연적 배출과 같이 매우 작은 경우에는 영향이 매우 작은 것으로 보고된다. The closed chamber is relatively simple in structure, economical in device construction, and has little change in the measurement value due to the chamber occupying the measuring point for only a short time. In addition, the installation and movement of the device is easy, so it can be measured by the same device in several places, and the effect on the estimation of the emissions during the installation of the chamber is reported to be very small when very small, such as natural emissions from the soil.
닫힌챔버를 이용하여 매립장 표면이나 수처리장 표면으로부터 발생되는 배출가스의 단위시간당 단위면적당 발생량은 다음의 수학식 4를 이용하여 계산된다.Using the closed chamber, the amount of emission per unit time of the exhaust gas generated from the landfill surface or the water treatment plant surface is calculated using Equation 4 below.
F : 플럭스(ML-2T-1)F: flux (ML-2T-1)
ρ : 가스밀도(ML-3)ρ: gas density (ML-3)
V : 챔버부피(L3)V: chamber volume (L3)
A : 챔버바닥면적(L2)A: Chamber floor area (L2)
ΔC/Δt : 시간에 따른 농도의 평균변화률ΔC / Δt: average rate of change of concentration over time
T : 챔버의 평균온도(℃)T: Average temperature of the chamber (℃)
쓰레기 매립장의 표면과 하수처리장 수면으로부터 배출되는 가스를 채취하기 위하여 도 1, 2에 나타낸 두 가지 형태의 챔버가 있다.There are two types of chambers shown in FIGS. 1 and 2 for collecting the gas discharged from the surface of the landfill and the surface of the sewage treatment plant.
한편 열린챔버(Dynamic Flux Chamber)방식은 닫힌 챔버와 달리 챔버 내에 일정한 양의 청정공기(zero grade air)또는 주위공기(ambient air)를 흐르게 하고 유출구의 가스농도를 측정한 후, 계산된 가스상 오염배출량을 챔버가 덮고 있는(즉, 가스상 오염이 배출되는) 면적으로 나누어 가스상 오염 Flux를 산정하고 대상 면오염원의 면적을 곱하여 가스상 오염배출량을 산정하는 방법이다.(Kim et al, 1994; 김득수,1997; Kim,1995; EPA User's Guide, Contract No. 68-02-03389-WA18 )On the other hand, unlike a closed chamber, an open chamber method uses a predetermined amount of zero-grade air or ambient air to flow in the chamber, measures the gas concentration at the outlet, and calculates the gaseous pollutant discharge amount. It is a method to calculate the gaseous pollutant emissions by dividing the gas by the area covered by the chamber (i.e. gaseous pollutants are discharged) and multiplying by the area of the target surface pollutant (Kim et al, 1994; Kim, 1995; EPA User's Guide, Contract No. 68-02-03389-WA18)
열린챔버(DFC; Dynamic Flux Chamber)는 연구자에 따라 Open Flow-through Chamber(Kim et al., 1997), Dynamic Flux Chamber(Park et al., 2001), Dynamic Chmaber System(Roelle et al., 1996)으로 다양하게 불리고 있으며, 다양한 배출원에서의 가스상물질의 배출량 산정에 사용된 바 있다.(Winegar et al. 1993; Kim, 1997, Aneja et al, 2001)The DFC (Dynamic Flux Chamber) is based on the researcher's Open Flow-through Chamber (Kim et al., 1997), Dynamic Flux Chamber (Park et al., 2001), Dynamic Chmaber System (Roelle et al., 1996). It has been called variously, and has been used to calculate the emission of gaseous substances from various sources (Winegar et al. 1993; Kim, 1997, Aneja et al, 2001).
열린챔버는 토양표면에 챔버를 설치하여 플럭스를 측정하는 토양표면 DFC와 챔버 밑부분에 플로팅 튜브(floating tube)를 설치하여 수면 위에 띄워서 플럭스를 측정하는 액체표면 DFC로 분류할 수 있다. An open chamber can be classified into a soil surface DFC that measures the flux by installing a chamber on the soil surface and a liquid surface DFC that measures the flux by installing a floating tube at the bottom of the chamber.
그러나, 상기 풍속에 의한 측정법은 풍속측정에 의한 대표성이 불분명하고, 물리적인 풍속이므로 화학적 배출과는 다소 차이가 있으며, 동일 측정지점이라도 바람에 의한 변화가 심하므로 정확성과 재현성이 낮다.However, the measurement method by the wind speed is not representative of the measurement of the wind speed, and because it is a physical wind speed is slightly different from the chemical emission, and even the same measuring point is severely changed by the wind is low accuracy and reproducibility.
또한, 챔버를 이용한 방법은 측정시간이 최소 3시간이상 소요되며 측정장비가 고가이고 필요한 장비가 많다.In addition, the method using the chamber takes at least three hours of measurement time, and the measuring equipment is expensive and many equipments are required.
따라서, 정확성과 재현성 있으며, 온도 및 습도 등의 기상조건의 변화에도 적용가능한 배출량 측정방법 및 장치가 필요하다.Therefore, there is a need for an emission measuring method and apparatus that is accurate and reproducible and applicable to changes in weather conditions such as temperature and humidity.
본 발명의 목적은 빠른 시간 동안에 한지점에서 다수의 측정값을 얻을 수 있어 평가 결과의 재현성 획득이 용이하며, 또한 온도, 습도, 기압 등과 같은 환경인자가 복합적으로 작용하는 현장 조건에서 정확한 확산속도의 측정이 가능한 챔버시스템을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to obtain a large number of measured values at a single point in a short time, so that it is easy to obtain reproducibility of the evaluation results, and also it is possible to obtain accurate diffusion rate under field conditions where complex environmental factors such as temperature, humidity, and air pressure act. It is to provide a chamber system that can measure.
본 출원인을 상기 목적을 달성하기 위하여 상, 하부의 두개의 반도체 가스센서를 이용, 두 센서의 이격거리에서 반응하는 시간차를 이용하여 가스의 발산속도룰 측정할 수 있는 챔버시스템을 개발하였다.In order to achieve the above object, the present inventors have developed a chamber system that can measure the divergence rate of gas by using two semiconductor gas sensors on the upper and lower sides and using a time difference reacting at a separation distance between the two sensors.
본 발명은 일정 단면적을 갖는 원기둥 또는 직육면체의 챔버에 있어서, 상기 챔버의 밑면은 챔버 내부로 오염가스를 주입시킬 수 있도록 슬라이드 개폐식의 도어로 형성되고, 챔버 내부에 밑면으로부터 일정높이에 설치되는 하부 반도체 가스 센서와, 상기 하부 반도체 가스센서에서 일정높이 간격에 형성된 상부 반도체 가스센서를 포함하여 구성되는 가스상 오염물질의 발산속도 측정을 위한 챔버 시스템에 관한 것이다..The present invention is a cylindrical or cuboid chamber having a predetermined cross-sectional area, the bottom surface of the chamber is formed of a slide-open door to inject contaminant gas into the chamber, the lower semiconductor is installed at a predetermined height from the bottom inside the chamber And a gas sensor and an upper semiconductor gas sensor formed at a predetermined height interval from the lower semiconductor gas sensor.
또한, 본 발명은 상기 챔버가 아크릴 재질 또는 스테인리스스틸로 제조되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the chamber is made of acrylic or stainless steel.
또한, 본 발명은 상기 반도체 가스센서가 황화수소센서, 메틸메르캅탄센서, 암모니아센서 또는 트리메틸아민센서 중 1종 이상을 사용하여는 것을 특징으로 한다. 상기 센서들은 단독으로 사용될 수 도 있으나, 동시에 다양한 종류의 물질을 반응속도를 평가하기 위하여 상기 4종의 센서를 배열화하여 설치한다.In addition, the present invention is characterized in that the semiconductor gas sensor uses at least one of a hydrogen sulfide sensor, a methyl mercaptan sensor, an ammonia sensor or a trimethylamine sensor. The sensors may be used alone, but at the same time, the four types of sensors are arranged and installed in order to evaluate reaction rates of various kinds of materials.
뿐만 아니라, 본 발명은 상기 상,하부 가스센서는 LED 디스플레이부 또는 부저와 연결되어 가스 감지를 표시하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the upper, lower gas sensor is connected to the LED display or the buzzer to display the gas detection.
바닥면에 슬라이드를 설치하여 실제로 상승하는 확산반응 시간을 정확하게 평가할 수 있도록 하였다. 또한 챔버 내부에 전시료 효과를 제거하기 위해 소형 가스통을 휴대하고 다니면서 시료채취가 끝나는 대로 내부의 전시료 효과를 저감하도록 하였다.A slide was placed on the bottom surface to accurately assess the actual rise time of the diffusion reaction. In addition, to remove the effect of the exhibition fee inside the chamber to carry a small gas cylinder to reduce the effect of the exhibition fee as soon as the sampling is finished.
본 발명에서는 알루미나(Al2O3) 기판에 전면은 금으로 된 전극과 후면에는 백금으로 된 히터를 각각 인쇄하였다. 전극 간격은 약 0.2mm, 두께는 약 0.4mm로 설계하였으며, 히터는 백금 페이스트를 이용하여 약 7± 1.5 ohm(Ω)의 저항을 갖는 후막인쇄공정으로 제작하였다. 이 히터 부분에 금속산화물 반도체로 SnO2를 모재료로 하고 여기에 각 가스센서 별로 PdCl2, Pt, WO3, Au, Al2O3, V2O5, TiO2, PdO, H2PtCl2·6H2O 중에서 선택된 다양한 첨가물을 다양한 함량으로 혼합한 혼합물을 감지물질로서 후막 인쇄하여 반도체 가스센서로 사용하였다. In the present invention, an electrode made of gold on the front surface and a heater made of platinum on the back surface were printed on an alumina (Al 2 O 3) substrate. The electrode spacing was about 0.2mm and the thickness was about 0.4mm, and the heater was fabricated by a thick film printing process having a resistance of about 7 ± 1.5 ohm (Ω) using platinum paste. SnO2 is used as a metal oxide semiconductor as a base material in this heater part, and a mixture of various additives selected from PdCl2, Pt, WO3, Au, Al2O3, V2O5, TiO2, PdO, and H2PtCl2 · 6H2O for each gas sensor is mixed. Was used as a semiconductor gas sensor by printing a thick film as a sensing material.
본 발명의 가스상 오염물질 챔버시스템을 이용한 배출유속 측정방법은 측정 대상면에 장착하여 하단부 센서가 반응 후 상단부 센서의 반응이 감지되는 시간차(Δt)를 측정하여 센서간 거리(Δh)를 나누어 발산속도(cm/sec)를 계산하는 것이며, 이를 이용한 가스배출량(g/sec) 산정은 다음 수학식 5와 같다. The discharge flow rate measuring method using the gaseous pollutant chamber system of the present invention is mounted on the measurement target surface and measures the time difference (Δt) at which the reaction of the upper sensor is detected after the lower sensor reacts, dividing the distance between the sensors (Δh) by dividing the emission rate. (cm / sec) is calculated, and the gas discharge amount (g / sec) calculation using the same is as shown in Equation 5 below.
Egas: 시간에 따른 가스배출량(mg/sec)Egas: gas emission over time (mg / sec)
C: 오염물질 농도(mg/㎥)C: Contaminant Concentration (mg / ㎥)
△L/△t: 시간에 따른 선확산속도(m/sec)ΔL / Δt: Line diffusion speed over time (m / sec)
T: 챔버 내의 평균 온도(℃)T: Average temperature (° C.) in the chamber
A: 발산면적(㎡)A: divergence area (㎡)
이하, 도면을 이용을 참조 하여 본원 발명의 챔버시스템을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the chamber system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 3의 발산속도 챔버시스템은 20× 20× 115cm(가로, 세로, 높이)의 일정한 단면적을 갖는 직육면체의 구조를 가지며, 최하단면적에서 5cm 높이에 슬라이드 개폐식 도어를 설치하여 측정준비 과정에서 챔버 내부로 유입될 수 있는 가스 및 악취물질을 차단하고자 하였다.The divergence velocity chamber system of FIG. 3 has a rectangular parallelepiped structure having a constant cross-sectional area of 20 × 20 × 115 cm (width, length, height), and is installed in the chamber in a measurement preparation process by installing a slide open / close door at a height of 5 cm from the lowest area. It was intended to block gas and odorous substances that could be introduced.
또한, 본 개발의 측정 수단인 반도체 가스센서의 위치는 하단에서부터 30cm 떨어진 부분에 4종류로 이루어진 하부센서(lower sensor)를, 바닥면에서 100cm 떨어진 부분에 하부센서와 동일한 검지 특성을 갖는 4종류의 상부센서(upper sensor)를 설치하여 발산되는 악취가스가 챔버 내부로 확산되어 하부센서가 우선적으로 반응을 시작하게 되고, 이어서 일정한 시간이 지나면 상부의 센서가 반응하여 총 소요 시간을 측정하게 된다.In addition, the position of the semiconductor gas sensor, which is a measuring means of the present development, has four types of lower sensors at the portion 30cm away from the bottom, and four kinds of detection characteristics at the portion 100cm away from the bottom surface. The odor gas emitted by installing the upper sensor diffuses into the chamber so that the lower sensor starts to react preferentially, and then, after a certain time, the upper sensor reacts to measure the total time required.
결국 이와 같은 원리로 상, 하부 센서의 이격거리와 반응한 시간차를 고려하여 단위면적당 배출되는 악취가스의 발산속도를 측정하였다. 또한, 야간작업과 사업장 주변에서 발생되는 기타 방해환경문제를 고려하여 정확한 확인을 위해 LED 형태의 조명 및 알람의 부저 형태로 더욱 간편하고 손쉽게 측정할 수 있도록 고안되어졌다.As a result, the emission rate of odor gas emitted per unit area was measured in consideration of the time difference reacted with the separation distance of the upper and lower sensors. In addition, it is designed to make it easier and easier to measure in the form of a buzzer of LED lights and alarms for accurate confirmation in consideration of night work and other disturbing environment problems occurring around the workplace.
본 발명은 측정이 간편하고 결과의 재현성 획득이 유리하다. 즉, 한지점에서 3회 반복하는데 약 20~30분 정도만 소요되며, 협소한 지점이라도 다양한 오염원이 존재할 경우에도 센서의 종류가 다양하므로 동시에 측정이 가능하다.The present invention is advantageous in that the measurement is simple and the reproducibility of the results is obtained. That is, it takes only about 20 to 30 minutes to repeat three times at one point, and even if a narrow point exists, even if there are various sources of pollution, the types of sensors vary, so that the measurement can be performed at the same time.
또한, 본 발명의 챔버시스템은 소형으로 기존의 자가발전기를 사용하던 측정기와는 달리 건전지만으로 운전될 수 있으며, 스톱워치만을 이용하므로 운전이 간편하여 초보자들도 용이하게 사용할 수 있다.In addition, the chamber system of the present invention is compact and can be operated using only a battery, unlike a conventional self-generator, and can be easily used even by beginners because it is easy to operate by using only a stopwatch.
또한, 본 발명은 모델링 운영시 획일화된 가정 값이 아닌 일 온도별, 계절별 차이 등을 평가할 수 있어 정확한 배출속도의 확인이 가능하다.In addition, the present invention can evaluate the difference according to daily temperature, season, etc., rather than a uniform assumption value during modeling operation, it is possible to confirm the accurate discharge rate.
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Non-Patent Citations (3)
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