KR100990368B1 - 반응조 내에서 미생물의 반응에 의해 생성되는 가스의 발생량을 측정하는 장치 및 이를 포함하는 다중 채널형 자동 가스분석 시스템 - Google Patents

반응조 내에서 미생물의 반응에 의해 생성되는 가스의 발생량을 측정하는 장치 및 이를 포함하는 다중 채널형 자동 가스분석 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 발생량 측정장치에 관한 것으로서, 중앙부에 조절된 양의 물이 채워지며, 일측단은 대기압 상태의 외부공간에 노출되도록 개방되는 U-자형 튜브; 제1포트 내지 제3포트를 포함하는 3개의 포트를 구비하되, 제1포트는 배관을 통해 밀폐된 반응조에 연결되고, 제2포트는 대기압 상태의 외부공간에 노출되며, 제3포트는 배관을 통해 상기 U-자형 튜브의 타측단에 연결되어, 반응조와 U-자형 튜브 사이 또는 U-자형 튜브와 외부공간 사이를 선택적으로 연결하도록 제어되는 유로제어수단; U-자형 튜브 일측의 소정 높이에 위치하여, U-자형 튜브에 채워진 물의 수위가 소정 높이에 도달했는지 여부를 감지하여 신호를 발생시키는 광센서; 및 광센서 및 유로제어수단과 전기적으로 연결되어, 광센서에서 발생한 신호를 수신하여 카운팅하고, 수신된 신호에 따라 유로제어수단을 제어하는 제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 발생량 측정장치를 제공함으로써, 밀폐된 반응조 내에서 혐기성 또는 호기성 미생물의 반응에 의해 생성되는 가스의 생성량을 자동화된 방법으로 편리하게 정량적으로 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 반응 지속시간에 따른 생성량의 변화 또한 정확하고 용이하게 측정할 수 있도록 한다.
U-자형 튜브, 유로제어수단, 광센서, 제어수단, 다중 유로제어수단, 반응조

Description

반응조 내에서 미생물의 반응에 의해 생성되는 가스의 발생량을 측정하는 장치 및 이를 포함하는 다중 채널형 자동 가스분석 시스템{VOLUME MEASURING DEVICE FOR GAS PRODUCED BY REACTION OF MICRO-ORGANISM IN REACTION TANK AND MULTI CHANNEL TYPE AUTOMATIC GAS ANALYZING SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 가스 발생량 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밀폐된 반응조 내에서 혐기성 또는 호기성 미생물의 반응에 의해 생성되는 가스의 생성량을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 가스 발생량 측정장치 및, 다수 반응조에서 생성되는 가스의 발생량 측정 및 다수 반응조에서 생성되는 가스의 성분 분석이 자동화된 방법으로 선택적으로 수행될 수 있는 다중 채널형 자동 가스분석 시스템에 관한 것이다.
오늘날 전 세계적으로 석유나 석탄 등과 같은 화석연료를 주요 에너지원으로 사용하고 있는 가운데, 중국 및 인도와 같은 제3세계 국가들에 의한 에너지 소비가 급증함에 따라 화석연료의 가격이 급격하게 상승하고 자원고갈에 대비한 강대국의 자원확보 경쟁이 치열해 지는 등, 화석연료에 대한 과도한 의존에 따른 각종 정치, 경제, 사회적 문제들이 야기하고 있다. 또한, 화석연료의 사용으로 배출되는 배기가스는 지구온난화를 가속시키고 대기를 오염시키는 등 각종 환경오염 문제를 야기하고 있는 실정이다.
이러한 문제점에 대한 해결책으로, 태양열 에너지, 풍력 에너지, 조력 에너지 등 화석연료를 대체할 수 있을 뿐만 아니라 친환경적인 대체에너지 개발과 관련한 관심이 고조되고 있는 실정이다.
이와 같은 대체에너지 개발과 관련한 관심의 연장선에서 생물학적 에너지 생산방법이 또한 주목받기 시작하고 있으며, 이와 관련한 다양한 연구가 진행되고 있다.
생물학적 에너지 생산방법은 폐자원과 미생물을 활용하여 수소나 메탄 등 에너지원으로 사용가능한 가스를 생산하는 방법이다. 구체적으로, 생물학적 에너지 생산방법은, 예를 들어 버려지던 폐활성슬러지나 음식물쓰레기 등과 같은 유기성 폐기물에 혐기성 또는 호기성 미생물을 혼합한 상태에서 반응이 일어나도록 하여, 반응과정에서 미생물에 의한 유기물의 발효로 인해 수소나 메탄과 같은 유용한 가스를 발생시키는 것이다. 특히, 혐기성 미생물의 발효에 의한 가스 생산은 유기성 폐기물의 처리도 동시에 이루어질 수 있음에 따라 더욱 주목받고 있다 할 수 있다. 이와 같은 생물학적 에너지 생산방법은 사용되는 미생물의 종류에 따라 발생하는 가스의 종류가 다를 수 있음에 따라, 생산하고자 하는 가스의 종류에 따라 적절한 미생물을 선택하여 사용하게 된다.
한편, 생물학적 에너지 생산방법은 반응이 일어나는 환경에 따라 수율의 변화가 극심한 특성이 있다. 구체적으로, 폐활성슬러지를 미생물에 의해 쉽게 분해될 수 있도록 가용화하는데 필요한, 오존처리, 열처리, 알칼리 처리, 초음파처리 등과 같은 전처리 방법 중 어떤 방법을 사용하는지, pH 변화, 및 음식물쓰레기와 폐활성슬러지의 혼합비율 등과 관련되는 반응조건의 변화에 따라 발생하는 가스의 수율의 변화가 매우 다를 수 있다.
따라서, 상업적 생산에 적합할 정도의 수율을 얻기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 이와 같은 연구들에서 가장 중요한 것은 어떠한 반응조건에서 어떤 종류의 가스가 얼마나 생성되는가와 관련된다 할 수 있을 것이다. 따라서, 발생한 가스의 양을 정확하게 측정하는 것이 무엇보다 중요하다 할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 가스 발생량 측정 방법의 일 예를 도시한 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래에는 물이 어느 정도 채워진 큰 수조(110)에 물이 가득찬 물통(120)을 거꾸로 뒤집어 놓은 상태에서, 밀폐된 반응조(100)의 배출구에 일측단이 연결된 연결배관의 타측단을 물통(120) 내부에 위치하도록 하여, 반응조(100)에서 발생하는 가스가 물통(120)의 상부에 모이도록 하여, 물통(120)의 상부에 모인 가스의 발생량을 측정하였다. 그러나, 이와 같은 가스 발생량 측정 방식은 용량을 정확하게 측정할 수 없을 뿐 아니라 가스 발생량이 많은 경우 수조(110)의 물이 넘쳐흐르는 일이 빈번하여 연구에 적절치 못한 실정이라 할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 발생한 가스의 양을 총량적으로도 정확하게 측정할 수 없을 뿐만 아니라, 시간에 따른 가스 발생량의 변화를 파악하는 것은 불가능하다 할 수 있을 것이다. 또한, 이와 같은 방식으로 포집한 가스는 자동으로 GC(Gas Chromatography) 등과 같은 가스분석장치에서 공급되어 분석될 수 없고, 뒤집어 놓은 물통(120)의 바닥에 주사기(130)로 구멍을 뚫어 가스시료를 빼내어 분석을 수행할 수밖에 없는 등 효율적인 연구를 저해하는 다양한 요인이 있는 실정이라 할 수 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서,
본 발명은 밀폐된 반응조 내에서 혐기성 또는 호기성 미생물의 반응에 의해 생성되는 가스의 생성량을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 가스 발생량 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본발명은 다수 반응조에서 생성되는 가스의 발생량 측정 및 다수 반응조에서 생성되는 가스의 성분 분석이 자동화된 방법으로 선택적으로 수행될 수 있는 이상의 가스 발생량 측정장치를 포함하는 다중 채널형 자동 가스분석 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
이를 실현하기 위한 본 발명은,
중앙부에 조절된 양의 물이 채워지며, 일측단은 대기압 상태의 외부공간에 노출되도록 개방되는 U-자형 튜브;
제1포트 내지 제3포트를 포함하는 3개의 포트를 구비하되, 제1포트는 배관을 통해 밀폐된 반응조에 연결되고, 제2포트는 대기압 상태의 외부공간에 노출되며, 제3포트는 배관을 통해 상기 U-자형 튜브의 타측단에 연결되어, 상기 반응조와 상기 U-자형 튜브 사이 또는 상기 U-자형 튜브와 외부공간 사이를 선택적으로 연결하도록 제어되는 유로제어수단;
상기 U-자형 튜브 일측의 소정 높이에 위치하여, U-자형 튜브에 채워진 물의 수위가 상기 소정 높이에 도달했는지 여부를 감지하여 신호를 발생시키는 광센서; 및
상기 광센서 및 상기 유로제어수단과 전기적으로 연결되어, 상기 광센서에서 발생한 신호를 수신하여 카운팅하고, 수신된 신호에 따라 상기 유로제어수단을 제어하는 제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 발생량 측정장치를 제공한다.
그리고, 상기 유로제어수단은 3-웨이 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은,
중앙부에 조절된 양의 물이 채워지며, 일측단은 대기압 상태의 외부공간에 노출되도록 개방되는 U-자형 튜브,
제1포트 내지 제3포트를 포함하는 3개의 포트를 구비하되, 제1포트는 배관을 통해 밀폐된 반응조 측에 연결되고, 제2포트는 대기압 상태의 외부공간에 노출되며, 제3포트는 배관을 통해 상기 U-자형 튜브의 타측단에 연결되어, 상기 반응조 측과 상기 U-자형 튜브 사이 또는 상기 U-자형 튜브와 외부공간 사이를 선택적으로 연결하도록 제어되는 유로제어수단, 및
상기 U-자형 튜브 일측의 소정 높이에 위치하여, U-자형 튜브에 채워진 물의 수위가 상기 소정 높이에 도달했는지 여부를 감지하여 신호를 발생시키는 광센서를 각각 포함하며,
각각 하나의 반응조와 쌍을 이루는 하나 이상의 가스 발생량 측정장치;
발생된 가스의 성분을 분석하는 가스분석장치;
쌍을 이루는 하나 이상의 가스 발생량 측정장치 및 하나 이상의 반응조 사이에 위치하여, 각 반응조를 대응하는 가스 발생량 측정장치에 연결하되, 선택적으로 어느 하나의 반응조를 상기 가스분석장치에 연결하도록 제어되는 다중 유로제어수단; 및
상기 광센서, 상기 유로제어수단 및 상기 다중 유로제어수단과 전기적으로 연결되어, 상기 광센서에서 발생한 신호를 수신하여 카운팅하고, 수신된 신호에 따라 상기 유로제어수단을 제어하며, 어느 하나의 반응조를 선택적으로 상기 가스분석장치 측에 연결하도록 다중 유로제어수단을 제어하는 제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널형 자동 가스분석 시스템을 제공한다.
그리고, 상기 다중 유로제어수단과 상기 가스분석장치 사이에 위치하여, 다중 유로제어수단으로부터 공급되는 가스에서 시료가스를 샘플링하고, 샘플링이 완료된 후 시료가스를 캐리어가스와 함께 상기 가스분석장치에 공급하도록 상기 제어수단에 의해 제어되는, 상기 다중 유로제어수단과 상기 가스분석장치를 간접적으로 연결하는 샘플링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 샘플링 수단은 샘플링 루프를 구비한 6 포트 샘플링 밸브인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유로제어수단은 3-웨이 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 다중 유로제어수단은 다중 포지션 ST밸브인 것을 특징으로 한 다.
이상과 같은 본 발명에 따른 가스 발생량 측정장치를 제공함으로써, 밀폐된 반응조 내에서 혐기성 또는 호기성 미생물의 반응에 의해 생성되는 가스의 생성량을 자동화된 방법으로 편리하게 정량적으로 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 반응 지속시간에 따른 생성량의 변화 또한 정확하고 용이하게 측정할 수 있도록 한다.
또한, 이상과 같은 본 발명에 따른 다중 채널형 자동 가스분석 시스템을 제공함으로써, 다수 반응조에서 생성되는 가스의 발생량을 상기한 바와 같이 개별적으로 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 발생량 측정 도중에 각 반응조에서 생성되는 가스의 성분분석이 또한 자동화된 방법으로 선택적으로 수행될 수 있음에 따라, 개별 반응조 내에서의 반응조건에 따른 생성 가스의 발생량의 정량적 비교 및 반응 지속시간에 따른 생성량 변화의 비교가 가능하고, 반응 도중의 선택된 시점에 개별 반응조에서 생성되는 가스의 성분분석 및 시간이 흐름에 따른 생성 가스의 성분 변화를 용이하게 측정할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 가스 발생량 측정장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2의 가스 발생량 측정장치를 사용한 가스발생량 측정 중의 상태를 개략적으로 도시한 개념도이며, 도 4는 도 2의 가스 발생량 측정장치를 사용한 가스발생량 측정 중의 다른 일 상태를 개략적으로 도시한 개념도이다.
본 발명에 따른 가스 발생량 측정장치는, 도 2에 도시한 바와 같이, U-자형 튜브(10), 유로제어수단(20), 광센서(40) 및 제어수단(50)을 포함한 구성으로 이루어진다.
U-자형 튜브(10)는 하부에 위치하게 되는 중앙부에 조절된 양의 물(15)이 채워지며, 도 2에서 우측 상부에 위치하는, 일측단(11)은 대기압 상태의 외부공간에 노출되도록 개방되고, 타측단(12)은 이하에서 상세히 설명하는 유로제어수단(20)에 밀봉연결된다.
그리고, 유로제어수단(20)은 제1포트 내지 제3포트(21)(22)(23)를 포함하는 3개의 포트를 구비하되, 제1포트(21)는 배관을 통해 밀폐된 반응조(100)에 연결되고, 제2포트(22)는 대기압 상태의 외부공간에 노출되며, 제3포트(23)는 배관을 통해 U-자형 튜브(10)의 타측단(12)에 밀봉연결된다. 그리고, 유로제어수단(20)은 '반응조(100)와 U-자형 튜브(10) 사이' 또는 'U-자형 튜브(10)와 외부공간 사이'를 선택적으로 연결한다. 즉, 이하에서 상세히 설명하는 제어수단(50)에 의해, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제1포트(21)와 제3포트(23)가 연결되도록 제어되어 반응조(100)와 U-자형 튜브(10) 사이가 연통된 상태에서는 제2포트(22)가 닫히도록 제어되고, 도 4에 도시한 바와 같이, 제2포트(22)와 제3포트(23)가 연결되도록 제어되어 U-자형 튜브(10)와 외부공간 사이가 연통된 상태에서는 제1포트(21)가 닫히도록 제어된다. 이와 같은 유로제어수단(20)으로는 공지의 3-웨이 솔레노이드 밸브를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 광센서(40)는 U-자형 튜브(10) 일측의 소정 높이에 위치하여, U-자형 튜브(10)에 채워진 물의 수위가 소정 높이에 도달했는지 여부를 감지하여 신호를 발생시킨다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, U-자형 튜브(10)의 중앙부에 채워진 조절된 양의 물(15)의 수위가 U-자형 튜브(10)의 타측으로부터 가스가 유입될 때, 광센서(40)가 소정 높이에서 주시하고 있는 U-자형 튜브(10)의 일측으로 상승하게 되고, 상승하는 물의 수위가 소정의 높이에 도달했을 때 광센서(40)가 수위의 소정 높이 도달 여부를 감지하고, 감지시 신호를 발생시키게 되는 것이다. 이때, U-자형 튜브(10) 일측에서의 채워진 물의 평상시 수위와 광센서(40)가 감지하는 높이인 소정 높이 사이의 높이차(H)는 반응조(100)에서 생성되어 U-자형 튜브(10)의 타측으로 유입되는 가스의 양을 정량적으로 측정할 수 있도록 하는 중요한 요소가 되며, 이와 관련하여 이하에서 더욱 상세히 설명한다. 그리고, 광센서(40)에서 감지하여 발생시킨 신호는 이하에서 상세히 설명되는 제어수단(50)으로 전달되어, 유량제어수단(50)을 제어하기 위한 제어신호가 생성되고 전송될 수 있도록 한다.
나아가, 제어수단(50)은 상기한 바와 같은 광센서(40) 및 유로제어수단(20)과 전기적으로 연결되어, 광센서(40)에서 발생시킨 신호를 수신하여 카운팅하고, 수신된 신호에 따라 유로제어수단(20)을 적절한 유로가 연결되도록 제어하는 역할 을 수행한다. 제어수단(50)으로는, 마이크로프로세서, 디스플레이 수단, 입출력수단 및 저장수단 등을 구비하며, 특수한 프로그램을 내장한 퍼스널 컴퓨터(미도시)가 이용될 수 있을 것이다.
구체적으로, 제어수단(50)은 광센서(40)에서 발생시킨 신호를 수신하면 프로그램에 따라 신호 발생횟수를 카운팅하고, 동시에 제어신호를 생성하여 제1포트(21)를 폐쇄하고 제2포트(22)와 제3포트(23)를 서로 연결하도록 유로제어수단(20)을 제어하여, 도 4에 도시한 바와 같이, U-자형 튜브(10)의 타측에서 물을 밀어올리고 있는 반응조(100)에서 생성된 가스를 외부공간으로 배출될 수 있도록 한다. 또한, 소정의 시간이 흘러 U-자형 튜브(10)에 채워진 물(15)의 수위가 평상시의 수위로 돌아가면, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 다시 제2포트(22)를 폐쇄하고 제1포트(21)와 제3포트(23)를 연결하도록 유로제어수단(20)을 제어하여, 반응조(100)에서 생성된 가스가 다시 U-자형 튜브(10)의 타측에 채워지면서 다시 U-자형 튜브(10)에 채워진 물을 밀어올리는 과정이 일어나도록 한다.
또한, 제어수단(50)은 광센서(40)로부터 수신한 신호와 설정 값을 바탕으로 프로그램을 통해 가스 발생량을 계산하고, 계산된 측정값 관련 데이터를 사용자의 요구 따른 적절한 형식으로 디스플레이 수단이나 프린팅 수단 등을 통해 출력하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 가스 발생량 측정장치를 통한 발생량 측정 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 우선 유로제어수단(20)의 제1포트(21)와 제3포 트(23)를 연결하여, 반응조(100) 내에서 혐기성 미생물 등의 발효가 일어남에 따라 생성되는 가스가 U-자형 튜브(10)의 타측으로 유입될 수 있도록 함으로써 발생량 측정이 시작된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 생성된 가스는 U-자형 튜브(10)의 타측에서 U-자형 튜브(10)에 채워진 물(15)을 압박하여 대기압 상태로 노출된 U-자형 튜브(10)의 일측의 수위가 점차 높아지게 된다. U-자형 튜브(10)의 일측에서의 수위가 소정 높이, 즉 광센서(40)가 주시하고 있는 높이에 도달하면, 광센서(40)는 수위가 소정 높이에 도달했음을 감지하여 신호를 발생시키고, 발생시킨 신호를 제어수단(50)에 전송한다. 제어수단(50)은 프로그램에 따라 광센서(50)에서 발생한 신호의 횟수를 카운팅함과 동시에, 유로제어수단(20)에 제어신호를 전송하여 유로제어수단(20)의 제1포트(21)를 폐쇄하도록 제어함과 더불어 제2포트(22)와 제3포트(23)를 연결하여 U-자형 튜브(10)의 타측에 모인 생성가스를 외부공간으로 배출되도록 한다. 그리고, 소정의 설정된 시간, 즉 생성된 가스의 배출이 완료되고 U-자형 튜브(10)의 수위가 평상시로 복귀하는데 필요한 정도의 시간이 지나면, 다시 유로제어수단(20)의 제1포트(21)와 제3포트(23)를 연결하여 반응조(100)와 U-자형 튜브(10)의 타측이 연통되도록 함과 더불어 제2포트(22)를 폐쇄하여, 생성된 가스가 U-자형 튜브(10)의 타측에서 채워진 물(15)을 압박하면서 U-자형 튜브(10) 일측의 수위를 상승시키도록 한다. 즉, 이상과 같은 과정이 지속적으로 반복되는 과정에서 반응조(10)에서 혐기성 미생물 등에 의해 생성되는 가스의 발생량이 측정된다.
이상과 같은 반복적인 작동이 이루어지는 동안, 제어수단(50)은 광센서(40) 로부터 수신한 신호와 설정 값을 바탕으로 프로그램을 통해 가스 발생량을 계산한다. 즉, 이하에 (식 1)로 나타낸 바와 같이, 카운팅한 수신 신호의 횟수에 설정 값 즉, U-자형 튜브(10) 일측에서의 평상시 수위와 광센서(50)가 주시하는 소정 높이 간의 높이차(H)와 U-자형 튜브(10)의 유동단면적을 곱한 값에 해당하는, 단위부피를 다시 곱하여, 생성된 가스의 누적 발생량을 계산하게 된다.
(식 1) 누적 발생량 = (높이차(H)×유동단면적)×신호발생 횟수
제어수단(50)은 이상과 같은 누적 발생량을 바탕으로, 프로그램에 따라 다양한 형태의 출력 값을 계산할 수 있을 것이다. 예를 들어, 반응이 지속되는 과정에서 시간에 따른 생성량의 변화를 계산하여 수치적 및 시각적으로 출력할 수 있다. 이와 같이 계산된 측정값 관련 데이터들은 사용자의 요구에 따른 적절한 형식으로 디스플레이 수단이나 프린팅 수단 등을 통해 출력하게 된다.
이상과 같은 과정을 통해, 본 발명에 따른 가스 발생량 측정장치는 밀폐된 반응조 내에서 혐기성 또는 호기성 미생물의 반응에 의해 생성되는 가스의 생성량을 정량적으로 정확하고 용이하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 시간에 따른 생성량의 변화 또한 정확하고 용이하게 측정할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 다중 채널형 자동 가스분석 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 샘플링 수단을 사용한 샘플링 과정과 시료가스 공급과정을 예시한 개념도로서, 도 6a는 샘플링 과정이 수행되는 상태를 예시한 개념도이고, 도 6b는 시료가스 공급 과정이 수행되는 상태를 예시한 개념도이 다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 가스 발생량 측정장치를 포함하는 것으로서, 본 발명에 따른 다중 채널형 자동 가스분석 시스템은, 도 5에 도시한 바와 같이, 각각 하나의 반응조(GR)와 쌍을 이루는 하나 이상의 가스 발생량 측정장치(VM), 발생된 가스의 성분을 분석하는 가스분석장치(80), 다중 유로제어수단(60) 및 제어수단(50')을 포함한 구성으로 이루어진다.
개별적인 가스 발생량 측정장치(VM)는, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, U-자형 튜브(10), 유로제어수단(20) 및 광센서(40)를 포함하는 것은 동일하지만, 제어수단은 각각 별도로 구비하는 것이 아니라 하나의 제어수단(50')에 의해 가스 발생량 측정장치(VM)를 포함한 전체 시스템이 제어된다는 점이 다르다 할 수 있다. 참고로, 도 5에는 12개의 가스 발생량 측정장치(VM)가 구비된 예를 도시하고 있으나, 이하에서 상세히 설명하는 다중 유로제어수단(60)의 적절한 선택과 더불어 그 수에는 제한이 없다 하겠다.
또한, 각 가스 발생량 측정장치(VM)는 구비한 유로제어수단(20)의 제1포트(21)에 의해 직접적으로 대응하는 반응조(GR)에 연결되는 것이 아니라, 다중 유로제어수단(60)을 경유하여 반응조(GR)에 연결된다.
다중 유로제어수단(60)은 기본적으로, 쌍을 이루는 가스 발생량 측정장치(VM)와 반응조(GR) 사이에 위치하여, 각 가스 발생량 측정장치(VM)를 대응하는 반응조(GR)에 연결한다. 구체적으로, 다중 유로제어수단(60)으로는 공지의 다중 포지션 ST밸브를 사용하는 것이 바람직하며, 도 5에는 12개의 가스 발생량 측정장 치(VM)와의 연결을 위해 12 포지션을 구비하는 다중 포지션 ST밸브가 사용된 예를 도시하고 있으나, 상기한 바와 같이 시스템을 구성하는 가스 발생량 측정장치의 수에 대응하여 적절한 수의 포지션을 갖는 다양한 사양의 다중 포지션 ST밸브가 사용될 수 있을 것이다. 좀 더 상세하게, 본 발명에 사용되는 다중 포지션 ST밸브는 12개의 포지션 중 11개의 포지션은 반응조(GR)와 연결되는 입력포트와 가스 발생량 측정장치(VM)의 유로제어수단(20)과 연결되는 출력포트를 연통시키는 연결 통로(63)로 이루어지고, 나머지 하나의 포지션은 반응조(GR)와 연결되는 입력포트와 가스분석장치(80) 측과 연결되는 출력포트를 연통시키는 샘플링 통로(65)로 이루어진다.
이와 같은 다중 유로제어수단(60)은 제어수단(50')에 의해 선택적으로 어느 하나의 반응조(GR)를 가스분석장치(80) 측과 연결하도록 제어된다. 구체적으로, 제어수단(50')에 의해 다중 포지션 ST밸브가 제어되어, 11개의 포지션은 반응조(GR)와 가스 발생량 측정장치(VM)를 연결하여 가스 발생량 측정이 이루어지도록 하고, 나머지 하나의 포지션은 선택적으로 하나의 반응조(GR)를 가스분석장치(80) 측에 연결하여 가스분석이 이루어지도록 한다. 즉, 다중 포지션 ST밸브와 같은 다중 유로제어수단(60)을 사용하여 시스템에 연결된 12개의 반응조(GR)에서 생성되는 가스의 발생량을 모두 개별적으로 측정함과 더불어, 12개의 반응조(GR)에서 생성되는 가스를 한번에 하나씩 돌아가면서 모두 분석할 수 있게 된다.
제어수단(50')은 광센서(40), 유로제어수단(20) 및 다중 유로제어수단(60)과 전기적으로 연결되어 시스템을 전체적으로 제어하는 것으로서, 상기한 바와 같이 가스 발생량 측정장치(VM)를 개별적으로 제어할 뿐만 아니라, 다중 유로제어수단(60)을 제어하여 선택된 특정 반응조(GR)에서 생성되는 가스의 분석이 또한 가스분석장치(80)를 통해 이루어질 수 있도록 한다. 물론, 제어수단(50')은 가스분석장치(80) 및 후술하는 샘플링 수단(70)과도 연결되어 내장된 프로그램에 의해 가스분석과정 또한 자동으로 제어하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 다중 채널형 자동 가스분석 시스템은, 도 5에 도시한 바와 같이, 다중 유로제어수단(60)과 가스분석장치(80)에 위치하여, 다중 유로제어수단(60)으로부터 공급되는 가스에서 시료가스를 샘플링하고, 샘플링이 완료된 후 시료가스를 캐리어가스와 함께 가스분석장치(80)에 공급하도록 제어수단(50')에 의해 제어되는, 다중 유로제어수단(60)과 가스분석장치(80)를 연결하는 샘플링수단(70)을 더 포함한다. 구체적으로, 도 6에 도시한 바와 같이, 샘플링수단(70)으로는 샘플링 루프를 구비한 공지의 6 포트 샘플링 밸브인 것이 바람직하다.
이와 같은 샘플링 수단(70)은 구비한 6개의 포트 중 2개는 샘플링될 가스로 채워지는 샘플링 루프를 외부적으로 연결하며, 나머지 4개의 포트는 다중 유로제어수단(MV), 외부공간, 가스분석장치(GC) 및 캐리어가스 공급수단(CS)과 각각 연결된다. 또한, 샘플링 수단(70)은 구비한 6개의 포트가 내부적으로 두 개씩 연결된다. 이와 같은 샘플링 수단(70)은, 도 6a에 도시한 바와 같이, 샘플링 과정에는 다중 유로제어수단(MV)으로부터 유입된 가스가 샘플링 루트를 경유하여 외부공간으로 배출되고, 캐리어가스 공급수단(CS)으로부터 유입된 캐리어가스는 바로 가스분석장 치(GC)로 배출된며, 이 과정에서 샘플링 루프에 분석될 가스가 샘플링되고, 가스분석장치(GC)는 케리어가스에 의해 정화된다. 그리고, 도 6b에 도시한 바와 같이, 제어수단(50')의 제어에 의해 샘플링 수단(70)이 내부적으로 회전하여 구비한 6개의 포트의 연결상태가 변환되면, 다중 유로제어수단(MV)으로부터 유입된 가스는 바로 외부공간으로 배출되고, 캐리어가스 공급수단(CS)으로부터 유입된 캐리어가스가 샘플링 루프에 채워진 분석될 가스와 함께 가스분석장치(GC)로 유입되는 방식으로 시료가스 공급과정이 진행되며, 나아가 캐리어가스에 의해 샘플링 루프가 정화되도록 하여 후속의 분석에 대비할 수 있도록 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 다중 채널형 자동 가스분석 시스템은, 다수 반응조에서 생성되는 가스의 발생량을 상기한 바와 같이 개별적으로 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 발생량 측정 도중에 각 반응조에서 생성되는 가스의 성분분석 또한 자동화된 방법으로 선택적으로 수행될 수 있다. 따라서, 개별 반응조 내에서의 반응조건에 따른 생성 가스의 발생량의 정량적 비교 및 시간에 따른 생성량 변화의 비교가 가능하고, 반응 도중의 선택된 시점에 개별 반응조에서 생성되는 가스의 성분분석 및 시간이 흐름에 따른 생성 가스의 성분 변화를 또한 용이하게 측정할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 가스 발생량 측정 방법의 일 예를 도시한 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 가스 발생량 측정장치를 개략적으로 도시한 구성도,
도 3은 도 2의 가스 발생량 측정장치를 사용한 가스발생량 측정 중의 상태를 개략적으로 도시한 개념도,
도 4는 도 2의 가스 발생량 측정장치를 사용한 가스발생량 측정 중의 다른 일 상태를 개략적으로 도시한 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 다중 채널형 자동 가스분석 시스템을 개략적으로 도시한 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 샘플링 수단을 사용한 샘플링 과정과 시료가스 공급과정을 예시한 개념도로서,
도 6a는 샘플링 과정이 수행되는 상태를 예시한 개념도,
도 6b는 시료가스 공급 과정이 수행되는 상태를 예시한 개념도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: U-자형 튜브 20: 유로제어수단
40: 광센서 50, 50': 제어수단
60, MV: 다중 유로제어수단 70, SV: 샘플링수단
80, GC: 가스분석장치 100, GR: 반응조
CS: 캐리어가스 공급수단 H: 높이차
VM: 가스 발생량 측정장치

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 중앙부에 조절된 양의 물이 채워지며, 일측단은 대기압 상태의 외부공간에 노출되도록 개방되는 U-자형 튜브,
    제1포트 내지 제3포트를 포함하는 3개의 포트를 구비하되, 제1포트는 배관을 통해 밀폐된 반응조 측에 연결되고, 제2포트는 대기압 상태의 외부공간에 노출되며, 제3포트는 배관을 통해 상기 U-자형 튜브의 타측단에 연결되어, 상기 반응조 측과 상기 U-자형 튜브 사이 또는 상기 U-자형 튜브와 외부공간 사이를 선택적으로 연결하도록 제어되는 유로제어수단, 및
    상기 U-자형 튜브 일측의 소정 높이에 위치하여, U-자형 튜브에 채워진 물의 수위가 상기 소정 높이에 도달했는지 여부를 감지하여 신호를 발생시키는 광센서를 각각 포함하며,
    각각 하나의 반응조와 쌍을 이루는 하나 이상의 가스 발생량 측정장치;
    발생된 가스의 성분을 분석하는 가스분석장치;
    쌍을 이루는 하나 이상의 가스 발생량 측정장치 및 하나 이상의 반응조 사이에 위치하여, 각 반응조를 대응하는 가스 발생량 측정장치에 연결하되, 선택적으로 어느 하나의 반응조를 상기 가스분석장치에 연결하도록 제어되는 다중 유로제어수단; 및
    상기 광센서, 상기 유로제어수단 및 상기 다중 유로제어수단과 전기적으로 연결되어, 상기 광센서에서 발생한 신호를 수신하여 카운팅하고, 수신된 신호에 따 라 상기 유로제어수단을 제어하며, 어느 하나의 반응조를 선택적으로 상기 가스분석장치 측에 연결하도록 다중 유로제어수단을 제어하는 제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널형 자동 가스분석 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 다중 유로제어수단과 상기 가스분석장치에 위치하여, 다중 유로제어수단으로부터 공급되는 가스에서 시료가스를 샘플링하고, 샘플링이 완료된 후 시료가스를 캐리어 가스와 함께 상기 가스분석장치에 공급하도록 상기 제어수단에 의해 제어되는, 상기 다중 유로제어수단과 상기 가스분석장치를 연결하는 샘플링수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 채널형 자동 가스분석 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 샘플링수단은 샘플링 루프를 구비한 6 포트 샘플링 밸브인 것을 특징으로 하는 다중 채널형 자동 가스분석 시스템.
  6. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유로제어수단은 3-웨이 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 다중 채 널형 자동 가스분석 시스템.
  7. 제 6항에 있어서
    상기 다중 유로제어수단은 다중 포지션 ST밸브인 것을 특징으로 하는 다중 채널형 자동 가스분석 시스템.
  8. 제 3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다중 유로제어수단은 다중 포지션 ST밸브인 것을 특징으로 하는 다중 채널형 자동 가스분석 시스템.
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