KR100882006B1

KR100882006B1 - 가스 분석 전처리 장치 및 이의 제어 방법

Info

Publication number: KR100882006B1
Application number: KR1020080018043A
Authority: KR
Inventors: 최종민; 최영종
Original assignee: 한밭대학교 산학협력단; 최영종
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-02-04

Abstract

본 발명은, 냉매를 가압하는 압축기와, 상기 압축기로부터 유입되는 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기의 하류에 배치되는 팽창 밸브와, 상기 팽창 밸브를 거친 냉매를 증발시키는 증발기를 구비하고, 분석 대상 가스의 분석 가스 라인이 상기 증발기와 열교환시켜 분석 대상 가스의 제습을 위한 가스 분석 전처리 장치로서, 상기 응축기의 상류로부터 분기되어 상기 응축기의 하류에서 합류하는 열교환 제 1 분기 라인 및 상기 증발기의 상류로부터 분기되어 상기 응축기의 하류에서 합류하는 열교환 제 2 분기 라인을 구비하는 분기 라인부; 상기 열교환 제 1 분기 라인과 상기 열교환 제 2 분기 라인이 관류하여 상호 열교환을 형성하는 열교환기; 상기 열교환 제 1 분기 라인 상으로 상기 열교환기 상류에 배치되는 제 1 제어 밸브와, 상기 열교환 제 2 분기 라인 상으로 상기 열교환기 상류에 배치되는 제 2 제어 밸브와, 상기 증발기의 상류로 상기 열교환 제 2 분기 라인 하류에 배치되는 제 3 제어 밸브를 구비하는 제어 밸브부; 상기 분석 가스 라인 상으로 상기 증발기 상류에 배치되는 유량계 및 상기 팽창 밸브와 상기 증발기 상류의 온도를 측정하는 증발기 온도계를 포함하는 감지부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 전처리 장치 및 이의 제어 방법을 제공한다.

Description

가스 분석 전처리 장치 및 이의 제어 방법{PREPROCESSING DEVICE FOR A GAS ANALYZER AND THE METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 제습 기능을 구비하는 전처리 장치로서, 더욱 상세하게는 가스 성분 분석을 위한 가스 분석기에 투입되는 분석 대상 가스의 제습을 위한 가스 분석 전처리 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

가스분석기는 나선모양으로 감은 금속관(column이라 한다)으로, 금속관에 활성탄, 실리카겔, 실리콘, 그리스를 삼투시킨 규조토 등을 충전하고, 분석하고자 하는 대상 시료를 흡착시킨 후 수소, 헬륨 등의 캐리어(carrier) 기체를 통과시키면 컬럼의 다른 끝에서 시료의 성분 기체가 흡착성이 작은 성분부터 차례로 단리(單離)되어 나오며, 컬럼에 들어가기 전의 캐리어 기체와 컬럼에서 나온 기체의 열전도율을 비교하여 가스의 성분을 검출하는 분석장치로서, 소량의 가스로 실시간 성분분석이 가능한 화학 관련 필수 장비이다. 하지만, 분석 대상 가스에 수분이 다량 함유될 경우 컬럼 내부의 분석 대상 가스 흡착 영역이 수분에 의해 막히게 되어 가스분석기의 정밀도가 저하되고 기기의 오작동이나 고장 등을 유발하므로 분석 대상 가스의 수분 제거를 위한 전처리 장비가 필수적으로 사용되고 있다.

도 1에는 종래 기술에 따른 가스 전처리 장치(1)가 도시되어 있다. 종래 기술에 따른 가스 전처리 장치(1)는 압축기(2), 응축기(3), 팽창 밸브(4) 및 증발기(5)의 증기 압축 사이클을 이루는 장치로서, 증발기(5)에 가스 공급부(6) 및 가스 분석기(7)를 관류하는 배관이 관통하여 증발기와 열교환을 이루는 구조를 취하였다. 상기와 같은 가스 분석기로 유입되는 분석 대상 가스의 전처리를 위하여 가스 분석기의 초기 구동시 가스 분석기의 동작에 앞서 가스 전처리 장치(1)가 가동되는데, 이때 가스 공급부(6)로부터 가스 분석기(7)로 전달되는 가스는 영 내지 실질적인 영의 체적 상태를 이루어 증발기(4)를 통한 냉매의 열흡수와 같은 열전달이 거의 발생하지 못하게 되는 무부하 상태를 형성한다. 이러한 무부하 상태는 압축기(2)에 액체를 유입시켜 고압 상승으로 인한 압축기의 손상 내지 시스템의 정지를 유발할 수도 있다.

또한, 가스 공급기(6)로부터 유입되는 분석 대상 가스의 온도 및/또는 습도와 같은 운전 상태가 변동하는 경우 증발기의 작동 상태도 변동하여 증발기와 열교환을 이룬 후 배출되는 분석 대상 가스 내 수분이 불완전하게 제거되는 등 문제점이 발생할 수도 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무부하 상태시 증발기를 통한 열교환을 원활하게 하여 압축기의 손상을 방지하여 사이클의 효율성을 유지 내지 증대시키고, 분석 대상 가스의 작동 상태 변동 등에 의한 증발기의 최적화된 작동 효율성을 유지하여 분석 대상 가스 내 수분의 완전한 제거를 이룰 수 있는 가스 분석 전처리 장치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매를 가압하는 압축기와, 상기 압축기로부터 유입되는 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기의 하류에 배치되는 팽창 밸브와, 상기 팽창 밸브를 거친 냉매를 증발시키는 증발기를 구비하고, 분석 대상 가스의 분석 가스 라인이 상기 증발기와 열교환시켜 분석 대상 가스의 제습을 위한 가스 분석 전처리 장치로서, 상기 응축기의 상류, 즉 응축기의 입구 측으로부터 분기되어 상기 응축기의 하류, 즉 응축기의 출구 측에서 합류하는 열교환 제 1 분기 라인 및 상기 증발기의 상류로부터 분기되어 상기 응축기의 하류에서 합류하는 열교환 제 2 분기 라인을 구비하는 분기 라인부; 상기 열교환 제 1 분기 라인과 상기 열교환 제 2 분기 라인이 관류하여 상호 열교환을 형성하는 열교환기; 상기 열교환 제 1 분기 라인 상으로 상기 열교환기 상류에 배치되는 제 1 제어 밸브와, 상기 열교환 제 2 분기 라인 상으로 상기 열교환기 상류에 배치되는 제 2 제어 밸브와, 상기 증발기의 상류로 상기 열교환 제 2 분기 라인 하류에 배치되는 제 3 제어 밸브를 구비하는 제어 밸브부; 상기 분석 가스 라인 상으로 상기 증발기 상류에 배치되는 유량계 및 상기 팽창 밸브와 상기 증발기 상류의 온도를 측정하는 증발기 온도계를 포함하는 감지부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 전처리 장치를 제공한다.

상기 가스 분석 전처리 장치에 있어서, 상기 감지부로부터의 신호에 따라 상 기 제어 밸브부에 제어 신호를 인가하는 제어부;를 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제 1 제어 밸브는 가변 밸브일 수도 있다.

본 발명의 다른 일면에 따르면, 냉매를 가압하는 압축기와, 상기 압축기로부터 유입되는 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기의 하류에 배치되는 팽창 밸브와, 상기 팽창 밸브를 거친 냉매를 증발시키는 증발기를 구비하고, 분석 대상 가스의 분석 가스 라인이 상기 증발기와 열교환시켜 분석 대상 가스의 제습을 위한 가스 분석 전처리 장치로서, 상기 응축기의 상류로부터 분기되어 상기 응축기의 하류에서 합류하는 열교환 제 1 분기 라인 및 상기 증발기의 상류로부터 분기되어 상기 응축기의 하류에서 합류하는 열교환 제 2 분기 라인을 구비하는 분기 라인부; 상기 열교환 제 1 분기 라인과 상기 열교환 제 2 분기 라인이 관류하여 상호 열교환을 형성하는 열교환기; 상기 열교환 제 1 분기 라인 상으로 상기 열교환기 상류에 배치되는 제 1 제어 밸브와, 상기 열교환 제 2 분기 라인 상으로 상기 열교환기 상류에 배치되는 제 2 제어 밸브와, 상기 증발기의 상류로 상기 열교환 제 2 분기 라인 하류에 배치되는 제 3 제어 밸브를 구비하는 제어 밸브부; 상기 분석 가스 라인 상으로 상기 증발기 상류에 배치되는 유량계 및 상기 팽창 밸브와 상기 증발기 상류의 온도를 측정하는 증발기 온도계를 포함하는 감지부; 상기 감지부로부터의 신호에 따라 상기 제어 밸브부에 제어 신호를 인가하는 제어부;를 포함하는 가스 분석 전처리 장치를 제공하는 제공 단계와, 상기 감지부에서 신호를 입력받는 감지 단계와, 상기 감지 단계에서 취득된 분석 대상 가스의 유량으로부터 제어 밸브부의 작동 모드를 선택하는 모드 판단 단계와, 상기 모드 판단 단계에서 분석 대상 가스 의 유량과 사전 설정 유량값의 차이가 영 이하인 경우, 상기 냉매의 상기 증발기로의 유동을 제한하는 무부하 모드 단계를 포함하는 가스 분석 전처리 장치 제어 방법을 제공할 수도 있다.

상기 가스 분석 전처리 장치 제어 방법에 있어서, 상기 무부하 모드 단계는: 상기 제 1 및 제 2 제어 밸브를 개방시키고 제 3 제어 밸브를 폐쇄시키는 밸브 제어 단계를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 감지 단계 후 상기 모드 판단 단계에서 분석 대상 가스의 유량과 사전 설정 유량값의 차이가 영 보다 큰 경우, 상기 냉매의 상기 열교환기로의 유동을 제한하는 부하 모드 단계를 포함할 수도 있다.

그리고, 상기 부하 모드 단계는: 상기 증발기 온도계에서 감지된 온도와 사전 설정 온도의 차이가 사전 설정 온도 허용값 이하인 경우, 상기 제 1 제어 밸브의 개도를 증가시키는 제 1 제어 밸브 개도 증가 제어 단계를 포함할 수도 있고, 상기 부하 모드 단계는: 상기 증발기 온도계에서 감지된 온도와 사전 설정 온도의 차이가 사전 설정 유량 허용값보다 큰 경우, 상기 제 1 제어 밸브의 개도를 감소시키는 제 1 제어 밸브 개도 감소 제어 단계를 포함할 수도 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 가스 분석 전처리 장치 및 이의 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 전처리 장치 및 이의 제어 방법은, 분석 대상 가스의 제습을 위한 전처리 과정에 있어 전처리 장치의 냉동 사이클 에 대한 무부하/부하 상태를 감지하여 각각의 운전 상태에 따른 적절한 모드 절환을 수행하여 무부하 상태에서 발생 가능한 증발기를 통한 열교환의 미비로 인해 압축기에 액체가 흡입되는 경우 발생 가능한 압축기의 손상 내지 응축 압력과 압축기 토출 온도 상승에 의한 시스템 정지 등의 발생 위험성을 현저하게 감지 내지 저감시킬 수 있는 가스 분석 전처리 장치 및 이의 제어 방법을 제공할 수 있다.

둘째, 본 발명의 일실시예에 다른 가스 분석 전처리 장치 및 이의 제어 방법은, 전처리 장치의 냉동 사이클에 대한 부하 상태시 제 1 제어 밸브의 개도 조절을 통하여 증발기 유입 측의 온도를 조정하여 분석 대상 가스의 제습을 위한 최적화된 운전 상태를 유지할 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 가스 분석 전처리 장치 및 이의 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 전처리 장치에 대한 개략적인 구성도가 도시되고, 도 3 내지 도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 전처리 장치의 모드에 따른 작동 상태를 나타내는 개략적인 구성도가 도시된다. 본 발명에 따른 가스 분석 전처리 장치(10)는 압축기(100), 응축기(200), 팽창 밸브(300), 응축기(400) 및 열교환기(500)를 포함한다.

압축기(100)는 냉매를 가압하는데, 예를 들어 R-134a와 같은 냉매가 사용된다. 압축기(100)는 냉매를 고온 고압 상태로 압축하는데, 압축기(100)로 유입되는 냉매가 액상을 구비하는 경우 발생하는 압축기의 손상을 방지하기 위하여 압축기로 의 유입되는 냉매는 다소의 과열도를 구비하여 기상의 냉매를 형성하는 것이 바람직하다.

응축기(200)는 압축기(100)의 하류에 배치되는데, 응축기(200)는 냉매 라인(L12)을 통하여 유체 소통을 이룬다. 응축기(200)는 압축기(100)로부터의 기상의 고온 고압의 냉매를 방열 과정을 통하여 액상을 포함하는 냉매로 전환한다.

팽창 밸브(300)는 응축기(200)의 하류로 증발기(400)의 상류에 배치되는데, 팽창 밸브(300)는 냉매 라인(L23)을 통하여 응축기(200)와 유체 소통을 이룬다. 냉매는 팽창 밸브(300)에서의 등엔탈피의 팽창 과정을 거쳐 감압된다. 본 실시예에서 팽창 밸브(300)는 일정한 개도를 구비하는 구조를 취하였으나, 경우에 따라 가변형 구조를 취하여 냉매의 유량을 제어하는 구조를 취할 수도 있다.

증발기(400)는 팽창 밸브(300)의 하류에 배치되는데, 증발기(400)는 냉매 라인(L34)을 통하여 팽창 밸브(300)와, 그리고 냉매 라인(L41)을 통하여 압축기(100)와 유체 소통을 이루어 폐순환 구조의 사이클을 형성한다. 증발기(400)는 외부와의 열교환을 통하여 팽창 밸브(300)를 거친 냉매를 증발시킨다. 증발기(400)에는 분석 가스 라인(L64,L47)이 관통하는데, 분석 가스 라인(L64,L47)을 관류하는 분석 대상 가스(미도시)가 증발기(400)를 관류하는 냉매와 열교환을 이룬다. 즉, 분석 가스 라인(L64,L47)을 관류하는 분석 대상 가스는 증발기(400)를 관류하는 냉매와 열교환을 이루는데, 냉매는 냉매 라인(L34)를 거쳐 증발기(400)로 유입되어 냉매 라인(L41)을 통하여 배출된다. 이에 의하여 냉매는 분석 대상 가스로부터 열을 흡수하여 기화되고, 분석 가스 라인(L64,L47) 내의 온도가 강하되어 분석 대상 가스 내 존재하는 수분이 액상화되어 분석 대상 가스로부터 제거될 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 분석 가스 전처리 장치(10)는 분기 라인부(L15,L52,L35,L51)과 열교환기(500)를 포함한다. 분기 라인부(L15,L52,L35,L51)는 다수의 분기 라인을 포함하는데, 분기 라인부(L15,L52,L35,L51)는 열교환 제 1 분기 라인(L15,L52)과 열교환 제 2 분기 라인(L35,L51)을 구비한다. 열교환 제 1 분기 라인(L15,L52)은 응축기(200)의 상류, 즉 응축기(200)의 입구 측으로부터 분기되어 응축기(200)의 하류, 즉 응축기(200)의 출구측에서 합류하는데, 열교환 제 1 분기 라인(L15,L52)은 열교환 제 1 분기 유입 라인(L15)과 열교환 제 1 분기 유출 라인(L52)을 포함한다. 열교환 제 1 분기 유입 라인(L15)의 일단은 응축기(200)의 상류, 즉 압축기(100)의 하류로 냉매 라인(L12)로부터 분기 연결되고 열교환 제 1 분기 유입 라인(L15)의 타단은 열교환기(500)에 연결된다. 본 실시예에서 열교환 제 1 분기 유입 라인(L15)은 열교환기(500)의 내부에 구비되는 라인(미도시)과 연결되는 구조를 취하였으나, 계속 연장 형성되어 열교환기를 관통하는 구조를 취할 수도 있음은 명백하다. 열교환 제 1 분기 유출 라인(L52)의 일단은 열교환기(500)와 연결되고 열교환 제 1 분기 유출 라인(L52)의 타단은 응축기(200)의 하류, 즉 팽창 밸브(300)의 상류로 냉매 라인(L23)과 합류 연결된다.

또한, 열교환 제 2 분기 라인(L35,L51)은 열교환 제 2 분기 유입 라인(L35)과 열교환 제 2 분기 유출 라인(L51)을 포함하는데, 열교환 제 2 분기 유입 라인(L35)의 일단은 증발기(400)의 상류, 즉 팽창 밸브(300)의 하류로 냉매 라인(L34)로부터 분기 연결되고 열교환 제 2 분기 유입 라인(L35)의 타단은 열교환 장치(500)와 연결된다. 냉매 라인(L34)은 도면 부호 L341 및 도면 부호 L342로 지시되는 냉매 라인(L341,L342)를 포함하는데, 열교환 제 2 분기 유입 라인(L35)의 일단은 도면 부호 L341 및 도면 부호 L342로 지시되는 냉매 라인 사이에서 분기 연결된다. 열교환 제 2 분기 유출 라인(L51)의 일단은 열교환 제 2 분기 유입 라인(L35)과 유체 소통을 이루도록 열교환기(500)와 연결되고 열교환 제 2 분기 유출 라인(L51)의 타단은 증발기(400)의 하류, 즉 압축기(100)의 상류인 입구측으로 냉매 라인(L41)으로부터 분기 연결된다. 냉매 라인(L41)은 도면 부호 L411 및 도면 부호 L412로 지시되는 냉매 라인(L411,L412)를 포함하는데, 열교환 제 2 분기 유출 라인(L51)의 단부는 도면 부호 L411 및 도면 부호 L412로 지시되는 냉매 라인 사이에서 분기/합류 연결된다. 0

각각의 냉매 라인으로부터 분기 및 합류하는 열교환 제 1 분기 라인과 열교환 제 2 분기 라인은 열교환기(500)에서 상호 열교환을 이루는데, 열교환기(500)를 관류하는 열교환 제 1 분기 라인(L15,L52)과 열교환 제 2 분기 라인(L35,L51)은 보다 효율적인 열교환을 이루도록 관류 방향을 서로 대향하여 배치하는 대향류 배치 구조를 취하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 분석 가스 전처리 장치(10)는 제어 밸브부(700)를 포함하는데, 제어 밸브부(700)는 제 1 제어 밸브(710)와 제 2 제어 밸브(720)와 제 3 제어 밸브(730)를 포함한다. 제 1 제어 밸브(710)는 열교환 제 1 분기 라인(L15,L52) 상으로, 보다 구체적으로 열교환 제 1 분기 유입 라인(L15) 상으로 열교환기(500)의 상류, 즉 열교환기(500)의 입구측에 배치되어, 냉매의 열교 환 제 1 분기 라인(L15,L52)을 통한 유체 유동을 제어할 수 있다. 제 2 제어 밸브(720)는 열교환 제 2 분기 라인(L35,L51) 상으로, 보다 구체적으로 열교환 제 2 분기 유입 라인(L35) 상으로 열교환기(500) 상류에 배치되어, 열교환 제 2 분기 라인(L35,L51)으로의 유체 유동을 제어할 수 있다. 제 3 제어 밸브(730)는 증발기(400)의 상류로 열교환 제 2 분기 라인(L35,L51), 보다 구체적으로 열교환 제 2 분기 유입 라인(L35)의 분기점 하류에 배치되는데, 제 3 제어 밸브(730)는 증발기(400)로 유입되는 냉매의 유체 유동을 제어할 수 있다. 여기서, 제 1 제어 밸브(710), 제 2 제어 밸브(720) 및 제 3 제어 밸브(730)는 단순 셧-오프 밸브(shut off type valve)로 구성될 수도 있으나, 분석 가스 전처리 장치(10)가 하기되는 부하 모드 단계를 수행하는 경우 제 1 제어 밸브(710)와 제 2 제어 밸브(720)는 니들 밸브 등과 같은 유량의 가변 조정이 가능한 가변 밸브로 구현되는 것이 바람직하다. 제어 밸브부(700;710,720,730)는 전동 모터에 의한 구성을 취할 수도 있고, 솔레노이드 밸브 구성을 취할 수도 있으며, 유압 밸브 구성을 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 분석 가스 전처리 장치(10)는 감지부(F,Tm1,Tm2,Tm3,Tm4)를 포함하는데, 감지부(F,Tm1,Tm2,Tm3,Tm4)는 유량계(F)와 온도계(Tm1,Tm2,Tm3,Tm4)를 포함하고 온도계(Tm1,Tm2,Tm3,Tm4)는 증발기 온도계(Tm3)를 포함한다. 유량계(F)는 분석 가스 라인(L64,L47) 상으로 증발기(400)의 상류에 배치되어 분석 가스 라인(L64,L47)을 통하여 유동하는 분석 대상 가스의 유량을 감지 측정한다. 온도계(Tm1,Tm2,Tm3,Tm4)는 냉매 라인을 따라 유동하는 냉매 의 온도를 감지하는데, 도면 부호 Tm1으로 지시되는 온도계는 냉매 라인(L12) 상에, 도면 부호 Tm2로 지시되는 온도계는 냉매 라인(L23) 상에, 도면 부호 Tm3으로 지시되는 증발기 온도계는 냉매 라인(L34) 상에, 그리고 도면 부호 Tm4로 지시되는 온도계는 냉매 라인(L41) 상에 배치되어 각각 응축기로의 입구 온도, 팽창 밸브로의 입구 온도, 증발기로의 입구 온도, 그리고 압축기로의 입구 온도를 감지 측정한다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 전처리 장치(10)는 제어부(600)를 포함하는데, 제어부(600)는 감지부(F,Tm1,Tm2,Tm3,Tm4)로부터의 신호에 따라 제어 밸브부(700;710,720,730)에 제어 신호를 인가한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(600)는 감지부(F,Tm1,Tm2,Tm3,Tm4)와 전기적 소통을 이루어 감지부(F,Tm1,Tm2,Tm3,Tm4)로부터 감지 신호를 입력받고, 제어 밸브부(700;710,720,730)와도 전기적 소통을 이루어 제어 판단에 의한 각각의 제어 밸브에 대한 제어 신호를 인가한다. 따라서, 제어부(600)의 제어 신호에 따른 제어 밸브부(700;710,720,730)의 작동에 의하여 하기되는 부하 모드 및/또는 무부하 모드에 대한 작동이 수행될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 전처리 장치(10)는 저장부(800)를 더 구비하는데, 저장부(800)는 제어부(600)와 전기적 소통을 이룬다. 저장부(800)는 예를 들어, 분석 대상 가스의 유동에 대한 사전 설정 유량 값(Qs) 및 사전 설정 유량 허용 값(Qs,p)과, 냉매의 증발기 상류에서의 증발기 온도(T3)에 대한 사전 설정 온도 값(Ts) 및 사전 설정 온도 허용 값(Ts,p)의 값을 구비한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 전처리 장치(10)의 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 3 내지 도 5에는 가스 분석 전처리 장치 제어 방법에 따른 작동 과정을 나타내는 개략적인 부분 구성도가 도시되고, 도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 전처리 장치 제어 방법의 흐름도가 도시된다. 먼저, 도 6에는 도시되지 않았으나, 상기 실시예에 따른 제어부(600)를 구비하는 가스 분석 전처리 장치(10)가 제공되는 제공 단계가 수행되는데, 가스 분석 전처리 장치(10)에 대한 구체적 설명은 생략한다.

그런 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 감지 단계(S100)가 실행된다. 제어부(600)는 감지부(F,Tm1,Tm2,Tm3,Tm4)에 제어 신호를 인가하여 각각의 유량계(F) 및 온도계(Tm1,Tm2,Tm3,Tm4)가 분석 대상 가스의 유량 및 냉매의 온도를 감지 측정하도록 한다. 또한, 제어부(600)는 감지부(F,Tm1,Tm2,Tm3,Tm4)로 하여금 감지 측정된 유량 및 온도를 제어부(600)를 전송하도록 한다.

그런 후, 제어부(600)는 모드 판단 단계를 수행한다(S200). 제어부(600)는 감지부의 유량계(F)로부터 입력되는 분석 대상 가스의 유량(Qg)을 저장부(800)에 사전 설정되어 저장된 사전 설정 유량 값(Qs)과 비교하고, 양자의 차이가 영보다 큰 지 여부를 판단한다. 제어부(600)는 분석 대상 가스의 유량(Qg)과 사전 설정 유량 값(Qs)의 차이가 영 이하인 경우 무부하 모드 단계(S300)를 수행하고, 상기 차이가 영보다 큰 경우 부하 모드 단계(S400)를 수행한다. 여기서, 무부하 모드 단계는 분석 가스 라인(L64,L47)을 따라 유동하는 분석 대상 가스의 유량이 사전 설정 유량 값 이하이어서 실질적으로 거의 유동하지 않는 상태에서 실행되는 제어 단계를 의미하고, 부하 모드 단계는 분석 가스 라인을 따라 유동하는 분석 대상 가스의 유량이 사전 설정 유량 값보다 커 원활한 유동이 이루어지는 상태에서 실행되는 제어 단계를 의미한다.

모드 판단 단계(S200)가 수행되고 제어부(600)가 실행되어야 할 모드가 무부하 모드 단계(S300)인 것으로 판단한 경우, 제어부(600)는 밸브 제어 단계(S310)를 실행한다. 밸브 제어 단계(S310)에서, 제어부(600)의 제어 신호는 제어 밸브부(700)로 전달되고 제어 밸브부(700)의 제 1 제어 밸브(710)와 제 2 제어 밸브(720)는 제어 신호에 따라 개방되고, 제 3 제어 밸브(730)는 제어 신호에 따라 폐쇄된다. 이와 같은 제어 구성을 취하는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(100)로부터 유출되는 냉매의 일부는 냉매 라인(L12,L23)을 통하여 응축기(200)를 관류하고 냉매의 나머지는 열교환기 제 1 분기 라인(L15,L52)을 거쳐 열교환기(500)를 관류한 후 팽창 밸브(300)로 전달되는데, 팽창 밸브(300)로부터 유출되는 냉매는 냉매 라인(L34,L41)을 통한 증발기(400)로의 유체 유동이 차단되고 열교환기 제 2 분기 라인(L35,L51)을 통하여 열교환기(500)를 관류하여 압축기(100)로 복귀된다. 이와 같은 구성을 통하여 분석 대상 가스의 실질적인 비유동 상태로 인한 증발기(400) 무부하로 사이클의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 그런 후, 제어부(600)는 유량계(F)로 하여금 재차 분석 대상 가스의 유량을 감지하도록 하는 유량 감지 단계(S320)를 수행한다. 유량 감지 단계(S320)에서 감지된 분석 대상 가스의 유량(Qg)이 사전 설정 유량(Qs,p)보다 큰 지 여부를 판단하고(S330), 양자의 차이가 영보다 크다고 판단된 경우 제어 흐름은 하기되는 부하 모드 단 계(S400)로 전달되고 양자의 차이가 영 이상인 것으로 판단된 경우 제어 흐름은 단계 S310으로 복귀되어 제어 밸브부(700)에 무부하 모드 단계에 대한 제어 상태를 유지하기 위한 제어 신호를 지속적으로 인가한다.

한편, 제어부(600)가 모드 판단 단계(S200)에서 분석 대상 가스의 유량(Qg)과 사전 설정 유량값(Qs,p)의 차이가 영보다 큰 경우, 냉매의 열교환기(500)로의 유동을 제한하는 부하 모드 단계가 수행된다. 도 5는 제 1 제어 밸브의 개도 제어가 이루어지는 부하 모드 상태에 대한 작동 상태를 나타내는 개략적인 구성도이며, 도 4는 부하 모드 상태 중 하기되는 제 1 제어 밸브의 개도 제어가 불필요한 완전 정상 상태에서의 가스 분석 전처리 장치의 개략적인 작동 상태를 나타내는 구성도가 도시된다. 부하 모드 단계(S400)는 부하 모드 제어 판단 단계(S410)와 제 1 제어 밸브 개도 증가 제어 단계(S420) 및/또는 제 1 제어 밸브 개도 감소 제어 단계(S430)를 포함한다. 단계 S410에서 제어부(600)는 감지부로부터 입력되는 감지 신호로서의 증발기 온도계(Tm3)에서의 증발기 온도(T3) 및 저장부(800)에 사전 설정되어 저장된 사전 설정 온도(Ts)와 비교하여 양자의 차이를 사전 설정 온도 허용값(Ts,p)과 비교한다. 증발기 온도(T3)와 사전 설정 온도(Ts)와의 차이가 사전 설정 온도 허용값(Ts,p) 이하인 경우 제어부(600)는 제 1 제어 밸브(710)에 제어 신호를 인가하여 제 1 제어 밸브(710)의 개도를 증가시킨다(S420). 제 1 제어 밸브(710)의 개도가 증가하는 경우, 제 1 제어 밸브(710)를 관류하는 냉매의 유량이 증대되고 팽창 밸브(300)로부터 유출되어 증발기(400)에서 등온 등압 상태를 형성하는 냉매가 열교환기(500)를 통하여 보다 많은 열교환을 이룸으로써 증발기 온 도(T3)가 증대된다.

반면, 단계 S410에서 제어부(600)가 감지부로부터 입력되는 증발기 온도(T3) 및 사전 설정 온도(Ts)와의 차이가 사전 설정 온도 허용값(Ts,p)보다 큰 경우 제어부(600)는 제 1 제어 밸브(710)에 제어 신호를 인가하여 제 1 제어 밸브(710)의 개도를 감소시킨다(S430). 제 1 제어 밸브(71)의 개도가 감소하는 경우, 제 1 제어 밸브(710)를 관류하는 냉매의 유량이 감소하고 팽창 밸브(300)로부터 유출되어 증발기(400)에서 등온 등압 상태를 형성하는 냉매가 열교환기(50))와의 열교환이 작아져 증발기 온도(T3)는 감소한다.

그런 후, 제어부(600)는 소정의 시간 카운팅 단계(S440)를 수행하여 일정 시간 후에 감지부의 증발기 온도계(Tm3)를 통한 증발기 온도(T3)를 재차 감지하고(S450), 제어부(600)는 증발기 온도(T3)와 사전 설정 온도값(Ts)와의 차이의 절대값이 사전 설정 허용값(Ts,p)보다 작은지 여부를 판단한다(S460). 그런 후, 증발기 온도(T3)와 사전 설정 온도값(Ts)의 차이의 절대값이 사전 설정 허용값(Ts,p)보다 작은 경우 제어 흐름은 종료하고, 반대로 양자의 차이의 절대값이 사전 설정 허용값(Ts,p) 이상인 경우 제어 흐름은 단계 S410으로 복귀하여 재차 부하 모드에 대한 제어 과정을 재차 수행하게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 가스 분석 전처리 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 전처리 장치의 개략적인 구성도이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 전처리 장치의 작동 모드에 대한 작동 상태도이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분석 전처리 장치의 제어 흐름을 나타내는 개략적인 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10...가스 분석 전처리 장치 100...압축기

200...응축기 300...팽창 밸브

400...증발기 500...열교환기

600...제어부 700...제어 밸브부

800...저장부

Claims

냉매를 가압하는 압축기와, 상기 압축기로부터 유입되는 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기의 하류에 배치되는 팽창 밸브와, 상기 팽창 밸브를 거친 냉매를 증발시키는 증발기를 구비하고, 분석 대상 가스의 분석 가스 라인이 상기 증발기와 열교환시켜 분석 대상 가스의 제습을 위한 가스 분석 전처리 장치로서,

상기 응축기의 상류로부터 분기되어 상기 응축기의 하류에서 합류하는 열교환 제 1 분기 라인 및 상기 증발기의 상류로부터 분기되어 상기 응축기의 하류에서 합류하는 열교환 제 2 분기 라인을 구비하는 분기 라인부;

상기 열교환 제 1 분기 라인과 상기 열교환 제 2 분기 라인이 관류하여 상호 열교환을 형성하는 열교환기;

상기 열교환 제 1 분기 라인 상으로 상기 열교환기 상류에 배치되는 제 1 제어 밸브와, 상기 열교환 제 2 분기 라인 상으로 상기 열교환기 상류에 배치되는 제 2 제어 밸브와, 상기 증발기의 상류로 상기 열교환 제 2 분기 라인 하류에 배치되는 제 3 제어 밸브를 구비하는 제어 밸브부;

상기 분석 가스 라인 상으로 상기 증발기 상류에 배치되는 유량계 및 상기 팽창 밸브와 상기 증발기 상류의 온도를 측정하는 증발기 온도계를 포함하는 감지부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 전처리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 감지부로부터의 신호에 따라 상기 제어 밸브부에 제어 신호를 인가하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 전처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 제어 밸브는 가변 밸브인 것을 특징으로 하는 가스 분석 전처리 장치.
냉매를 가압하는 압축기와, 상기 압축기로부터 유입되는 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기의 하류에 배치되는 팽창 밸브와, 상기 팽창 밸브를 거친 냉매를 증발시키는 증발기를 구비하고, 분석 대상 가스의 분석 가스 라인이 상기 증발기와 열교환시켜 분석 대상 가스의 제습을 위한 가스 분석 전처리 장치로서, 상기 응축기의 상류로부터 분기되어 상기 응축기의 하류에서 합류하는 열교환 제 1 분기 라인 및 상기 증발기의 상류로부터 분기되어 상기 응축기의 하류에서 합류하는 열교환 제 2 분기 라인을 구비하는 분기 라인부; 상기 열교환 제 1 분기 라인과 상기 열교환 제 2 분기 라인이 관류하여 상호 열교환을 형성하는 열교환기; 상기 열교환 제 1 분기 라인 상으로 상기 열교환기 상류에 배치되는 제 1 제어 밸브와, 상기 열교환 제 2 분기 라인 상으로 상기 열교환기 상류에 배치되는 제 2 제어 밸브와, 상기 증발기의 상류로 상기 열교환 제 2 분기 라인 하류에 배치되는 제 3 제어 밸브를 구비하는 제어 밸브부; 상기 분석 가스 라인 상으로 상기 증발기 상류에 배치되는 유량계 및 상기 팽창 밸브와 상기 증발기 상류의 온도를 측정하는 증발 기 온도계를 포함하는 감지부; 상기 감지부로부터의 신호에 따라 상기 제어 밸브부에 제어 신호를 인가하는 제어부;를 포함하는 가스 분석 전처리 장치를 제공하는 제공 단계와,

상기 감지부에서 신호를 입력받는 감지 단계와,

상기 감지 단계에서 취득된 분석 대상 가스의 유량으로부터 제어 밸브부의 작동 모드를 선택하는 모드 판단 단계와,

상기 모드 판단 단계에서 분석 대상 가스의 유량과 사전 설정 유량값의 차이가 영 이하인 경우, 상기 냉매의 상기 증발기로의 유동을 제한하는 무부하 모드 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 전처리 장치 제어 방법.
제 4항에 있어서,

상기 무부하 모드 단계는:

상기 제 1 및 제 2 제어 밸브를 개방시키고 제 3 제어 밸브를 폐쇄시키는 밸브 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 전처리 장치 제어 방법.
제 4항에 있어서,

상기 감지 단계 후 상기 모드 판단 단계에서 분석 대상 가스의 유량과 사전 설정 유량값의 차이가 영 보다 큰 경우, 상기 냉매의 상기 열교환기로의 유동을 제한하는 부하 모드 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 전처리 장치 제어 방법.
제 6항에 있어서,

상기 부하 모드 단계는:

상기 증발기 온도계에서 감지된 온도와 사전 설정 온도의 차이가 사전 설정 온도 허용값 이하인 경우, 상기 제 1 제어 밸브의 개도를 증가시키는 제 1 제어 밸브 개도 증가 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 전처리 장치 제어 방법.
제 6항에 있어서,

상기 부하 모드 단계는:

상기 증발기 온도계에서 감지된 온도와 사전 설정 온도의 차이가 사전 설정 유량 허용값보다 큰 경우, 상기 제 1 제어 밸브의 개도를 감소시키는 제 1 제어 밸브 개도 감소 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 전처리 장치 제어 방법.