KR101129541B1 - 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 일단이 덕트의 내측으로 삽입되어 형성되며, 타단에는 제1 반사 유닛이 형성되고, 배출 가스가 수직 통과하는 통과 홀이 형성된 프로브와, 덕트의 외측에 형성되며, 프로브로 일정 파장의 광을 조사하는 광원, 조사된 광의 광로를 변경하는 필터 휠, 및 프로브의 제1 반사 유닛으로부터 반사된 광으로부터 통과 홀을 수직 통과하는 배출 가스의 성분 특성을 분석하는 분광 유닛이 형성된 제어부와, 표준 가스가 주입되고, 제어부의 필터 휠에 의해서 광로가 변경된 광을 상기 필터 휠을 통해서 분광 유닛으로 반사하는 제2 반사 유닛이 형성된 교정 셀로 이루어지되, 표준 가스로는 질소, 이산화황, 이산화질소, 일산화질소 또는 암모니아가 교정 셀에 선택적으로 주입되고, 광이 교정 셀에 주입된 질소를 통과하여 분광 유닛에 의해 측정된 제로 값과, 교정 셀에 주입된 이산화황, 이산화질소, 일산화질소, 암모니아 또는 가스상 물질을 통과하여 분광 유닛에 의해 측정된 스팬 값에 의해서, 분광 유닛의 분광 성능을 교정하는, 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치를 개시한다. 본 발명에 의하면, 회전하는 필터 휠에 의해서 광원으로부터 조사되는 광을 프로브 또는 교정 셀로 선택적으로 가이드하여, 배출 가스의 성분 특성을 연속적 주기적으로 분석할 수 있고, 표준 가스에 의해서 측정된 값들에 의해서 분광 유닛에 의한 농도 측정값의 선형성을 정교하게 교정할 수 있다.

Description

자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치{In-Situ Stack Gas Analyzer having the auto correction equipment}

본 발명은 스택 덕트 내의 배출 가스를 측정하고 분석하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스택 덕트를 통해 외부로 배출되는 배출 가스를 측정하고 분석하는 분광 유닛에 의한 측정값을 연속적으로 정교하게 교정할 수 있는 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치는 산업용 스택(stack) 덕트(duct) 내부를 통과하여 외부로 배출되는 다양한 배출 가스의 성분 특성을 광학적으로 측정하고 분석하는 장치이다.

종래의 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치는, 장기간 사용시 지속적으로 정교하게 측정 및 분석하기 위해서는 분광 유닛의 주기적인 교정을 필요로 하게 되는데, 이러한 교정을 위해서는 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치의 분광 유닛을 스택 덕트로부터 분리하여 이동하여야 하는 번거로움이 있고, 오프 라인 상에 교정하여야 하므로 배출 가스의 연속적인 배출 가스 측정 및 분석이 곤란하였다.

따라서, 분광 유닛을 스택 덕트로부터 분리하지 않으면서 연속적으로 스택 덕트를 통과하는 다양한 배출 가스의 성분 특성을 주기적으로 교정이 용이하게 수정할 수 있으며, 분석할 수 있는 측정 및 분석 기술의 연구 및 개발이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 스택 덕트를 통해 외부로 배출되는 배출 가스의 성분 및 농도를 측정하고 분석하는 분광 유닛을 연속적으로 정교하게 교정할 수 있는 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 덕트 내부를 통과하는 배출 가스를 측정하는 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치에 있어서, 일단이 덕트의 내측으로 삽입되어 형성되며, 타단에는 제1 반사 유닛이 형성되고, 배출 가스가 수직 통과하는 통과 홀이 형성된 프로브와, 덕트의 외측에 형성되며, 상기 프로브로 일정 파장의 광을 조사하는 광원, 상기 조사된 광의 광로를 변경하는 필터 휠, 및 상기 프로브의 제1 반사 유닛으로부터 반사된 광으로부터 상기 통과 홀을 수직 통과하는 배출 가스의 성분 특성을 분석하는 분광 유닛이 형성된 제어부와, 표준 가스가 주입되고, 상기 제어부의 필터 휠에 의해서 광로가 변경된 광을 상기 필터 휠을 통해서 상기 분광 유닛으로 반사하는 제2 반사 유닛이 형성된 교정 셀로 이루어지되, 상기 표준 가스로는 질소, 이산화황, 이산화질소, 일산화질소 또는 암모니아가 상기 교정 셀에 선택적으로 주입되고, 상기 광이 상기 교정 셀에 주입된 질소를 통과하여 상기 분광 유닛에 의해 측정된 제로 값과, 상기 교정 셀에 주입된 이산화황, 이산화질소, 일산화질소 또는 암모니아를 통과하여 상기 분광 유닛에 의해 측정된 중간 값, 스팬 값에 의해서, 상기 분광 유닛의 분광 성능을 교정하는, 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치에 있어서, 상기 제로 값, 상기 스팬 값, 및 상기 제로 값과 상기 스팬 값 사이의 중간 값에 의해서, 상기 분광 유닛의 분광 성능 중 선형성을 교정할 수 있다.

본 발명에 따른 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치에 있어서, 상기 필터 휠은, 원판 형상으로 형성된 회전판과, 상기 회전판의 제1 위치에 홀 형상으로 형성되고 광을 상기 프로브로 가이드하는 제1 가이드 유닛과, 상기 회전판의 제2 위치에 형성되고, 광을 상기 교정 셀로 가이드하는 제2 가이드 유닛과, 상기 회전판의 제3 위치에 형성되는 전면 반사 거울과, 상기 회전판의 제4 위치에 형성되는 ND 필터와, 상기 회전판의 제5 위치에 형성되는 블랙 필터로 이루어지고, 상기 회전판의 중심축을 회전축으로 회전하여, 상기 광원으로부터 조사되는 광의 광로를 선택적으로 변경할 수 있다.

본 발명에 따른 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치에 있어서, 상기 제2 가이드 유닛은 거울 또는 프리즘일 수 있다.

본 발명에 의하면, 회전하는 필터 휠에 의해서 광원으로부터 조사되는 광을 프로브 또는 교정 셀로 선택적으로 가이드하여 스택 덕트 내의 배출 가스의 성분 특성을 연속적으로 정교하게 분석하고 제어부를 프로브 또는 덕트와 분리하지 않은 상태에서 자동적으로 가스 농도를 교정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 교정 셀에 주입된 표준 가스에 의해서 측정된 제로 값 및 중간 값, 스팬 값에 의해서 분광 유닛에 의한 농도 측정값의 선형성을 정교하게 교정 및 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치의 필터 휠의 확대 사시도이다.

이하, 상기한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치의 개략적인 구성도이며, 도 2는 본 발명에 의한 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2의 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치의 필터 휠의 확대 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치(100)는, 프로브(110)와, 제어부(120)와, 교정 셀(130)로 이루어진다.

프로브(probe)(110)는 중공이 형성된 원통 형상으로 형성되고, 중공은 광의 이동 경로를 형성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프로브(110)의 일단은, 덕트(duct)(10)의 내측으로 관통 삽입되어 고정 형성되며, 프로브(110)의 타단에는 광원(121)으로부터 조사된 일정 파장의 광을 분광 유닛(123) 방향으로 반사하는 제1 반사 유닛(111)이 형성되고, 프로브(110)의 중간 영역에는 덕트(10) 내의 배출 가스, 예컨대 이산화황(SO₂), 이산화질소(NO₂), 일산화질소(NO) 또는 암모니아(NH₃)가 수직 통과하는 통과 홀(112)이 형성된다. 여기서, 프로브(110)는 덕트(10) 내측을 통과하는 배출 가스의 수직 배출 방향에 실질적으로 교차하는 수평 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 통과 홀(112)은 원통 형상의 프로브(110)의 측면에 형성된 개구부로서 배출 가스의 수직 배출이 용이하고 통과하는 배출 가스를 광이 원활하게 통과할 수 있도록 하는 프로브(110)의 형성 방향에 수직인 방향으로 관통 형성될 수 있다. 여기서, 광원(121)으로부터 조사되는 광은 자외선, 가시광선 또는 적외선일 수 있다.

제어부(controller)(120)는 덕트(10)의 외측에 고정 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(120)는 프로브(110)로 광을 조사하는 광원(121)으로부터 조사된 광의 광로를 변경하는 필터 휠(filter wheel)(122), 및 프로브(110)의 제1 반사 유닛(111)으로부터 반사되어 입사되는 광으로부터 통과 홀(112)을 수직 통과하는 배출 가스의 성분 특성을 분석하는 분광 유닛(spectrometer)(123)으로 이루어진다. 여기서, 분광 유닛(123)은 배출 가스를 통과하여 입사되는 광으로부터 파장 대비 광 세기의 변화를 감지하여 광이 통과하는 배출 가스의 성분 특성, 예컨대 덕트(10) 내의 배출 가스의 성분 농도를 정교하게 측정하고 분석한다. 한편, 분광 유닛(123)은 통과 홀(112)을 수직 통과하는 배출 가스의 성분을 감지하는 분광기(123-1)와, 분광기(123-2)로부터 전달되는 배출 가스의 성분 신호를 해석하여 배출 가스의 성분을 분석하는 신호 처리기(signal processor)(123-2)로 이루어질 수 있다.

한편, 주지하는 바와 같이, 특정 파장의 광, 본 실시예에서는 자외선, 가시광선 또는 적외선이 배출 가스의 기체 분자를 통과하면, 배출 가스의 기체 분자는 광의 에너지를 흡수하여 여기되고(excited) 이에 따라 배출 가스의 기체 분자를 통과한 광은 광 세기의 변화를 일으키게 된다. 따라서, Beer-Lambert 법칙에 의해서, 분광 유닛(123)은 배출 가스의 성분 농도에 따른 광 세기의 변화를 통해서 덕트(10)를 통과하는 배출 가스의 성분 특성을 정교하게 분석할 수 있다.

교정 셀(130)은 덕트(10)의 외측에 형성되며 제어부(120)의 필터 휠(122)에 인접하여 형성된다. 구체적으로, 교정 셀(130)의 내부 공간에는 표준 가스가 주입되고, 종단부에는 제어부(120)의 필터 휠(122)에 의해서 광로가 변경된 광을 필터 휠(122)을 통해서 분광 유닛(123)으로 반사하는 제2 반사 유닛(131)이 형성된다. 여기서, 제2 반사 유닛(131)은 입사되는 광을 회귀 반사시키는 구조이거나, 평면 구조의 거울일 수 있다.

한편, 분광 유닛(123)의 분광 성능을 교정하기 위한 표준 가스로서는, 질소(N₂), 이산화황(SO₂), 이산화질소(NO₂), 일산화질소(NO) 또는 암모니아(NH₃)가 교정 셀(130)의 내측 공간에 선택적으로 주입된다. 이후, 광원(121)으로부터 조사된 광이 필터 휠(122)에 의해서 교정 셀(130)로 입사하여, 교정 셀(130)에 주입된 질소를 통과한 후 제2 반사 유닛(131)에 의해 반사되어 필터 휠(122)에 의해서 분광 유닛(123)으로 입사되어 측정된 제로 값(zero value))과, 교정 셀(130)에 선택적으로 주입된 질소(N₂)를 제외한 이산화황(SO₂), 이산화질소(NO₂), 일산화질소(NO) 또는 암모니아(NH₃)를 통과한 후 제2 반사 유닛(131)에 의해 반사되어 필터 휠(122)에 의해서 분광 유닛(123)으로 입사되어 측정된 스팬 값(span value)에 의해서, 분광 유닛(123)의 분광 성능을 정확하고 정교하게 교정할 수 있다. 예컨대, 본 실시예에 의한 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치(100)에서, 분광 유닛(123)은 덕트(10) 내측을 통과하는 배출 가스의 성분 특성을 분석하나, 장시간 측정 및 분석시, 주기적인 교정을 필요로 하게 되는데, 이러한 교정을 위해서, 덕트(10)로부터 분리하지 않고, 필터 휠(122)과 교정 셀(130)을 구성하여 제로 값, 스팬 값, 및 제로 값과 스팬 값 사이의 중간 값에 측정하여, 분광 유닛(123)의 분광 성능, 예컨대 선형성(linearity)을 유지할 수 있도록 교정할 수 있다.

또한, 필터 휠(122)은, 원판 형상으로 형성된 회전판의 제1 위치에 홀 형상으로 형성되고 광을 프로브(110)로 가이드하는 제1 가이드 유닛(122-1)과, 회전판의 제2 위치에 형성되고, 광을 교정 셀(130)로 가이드하는 제2 가이드 유닛(122-2)과, 회전판의 제3 위치에 형성되는 전면 반사 거울(122-3)과, 회전판의 제4 위치에 형성되고 입사되는 광량을 전파장 대역에서 균등하게 감소시키는 ND(Neutral Density) 필터(122-4)와, 회전판의 제5 위치에 형성되고, 광 잡음을 측정하는 블랙(black) 필터(122-5)로 이루어지고, 회전판의 중심축(122-6)을 회전축으로 회전하여, 광원으로부터 조사되는 광의 광로 또는 프로브(110)의 제1 반사 유닛으로부터 반사되는 광의 광로를 선택적으로 변경할 수 있다. 한편, 회전판의 회전에 의해서, 제1 및 제2 가이드 유닛(122-1,122-2), 전면 반사 거울(122-3), ND 필터(122-4) 및 블랙 필터(122-5)의 각 중심 영역이 광의 이동 경로 상에 위치하도록 형성된다.

한편, 프로브(110)의 제1 반사 유닛(111)으로부터 반사되거나, 교정 셀(130)의 제2 반사 유닛(131)으로부터 반사되는 광을 분광 유닛(123)의 분광기(123-1)로 가이드하는 가이드 수단(124)을 포함할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 도시하여 구체적으로 상술하지는 않았으나, 통과홀(112)을 관통하는 배출 가스 또는 다른 이물질에 의한 프로브(110)의 오염을 방지하기 위한 오염 차단 수단, 오염 차단 수단에 부착되는 이물질을 제거하는 제거 수단, 또는 광원(121)으로부터 조사되는 광의 경로를 변경하거나 집광하는 광학 수단이 더 포함될 수도 있다.

전술한 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치에 대해 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 덕트
100 : 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치
110 : 프로브 111 : 제1 반사 유닛
112 : 통과 홀 120 : 제어부
121 : 광원 ` 122 : 필터 휠
122-1 : 제1 가이드 유닛 122-2 : 제2 가이드 유닛
122-3 : 전면 반사 거울 122-4 : ND 필터
122-5 : 블랙 필터 122-6 : 중심축
123 : 분광 유닛 123-1 : 분광기
123-2 : 신호 처리기 124 : 가이드 수단
130 : 교정 셀 131 : 제2 반사 유닛

Claims (4)

1. 덕트 내부를 통과하는 배출 가스를 측정하는 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치에 있어서,
   일단이 덕트의 내측으로 삽입되어 형성되며, 타단에는 제1 반사 유닛이 형성되고, 배출 가스가 수직 통과하는 통과 홀이 형성된 프로브와,
   덕트의 외측에 형성되며, 상기 프로브로 일정 파장의 광을 조사하는 광원, 상기 조사된 광의 광로를 변경하는 필터 휠, 및 상기 프로브의 제1 반사 유닛으로부터 반사된 광으로부터 상기 통과 홀을 수직 통과하는 배출 가스의 성분 특성을 분석하는 분광 유닛이 형성된 제어부와,
   표준 가스가 주입되고, 상기 제어부의 필터 휠에 의해서 광로가 변경된 광을 상기 필터 휠을 통해서 상기 분광 유닛으로 반사하는 제2 반사 유닛이 형성된 교정 셀로 이루어지되,
   상기 표준 가스로는 질소, 이산화황, 이산화질소, 일산화질소 또는 암모니아가 상기 교정 셀에 선택적으로 주입되고, 상기 광이 상기 교정 셀에 주입된 질소를 통과하여 상기 분광 유닛에 의해 측정된 제로 값과, 상기 교정 셀에 주입된 이산화황, 이산화질소, 일산화질소 또는 암모니아를 통과하여 상기 분광 유닛에 의해 측정된 중간 값, 스팬 값에 의해서, 상기 분광 유닛의 분광 성능을 교정하는, 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제로 값, 상기 스팬 값, 및 상기 제로 값과 상기 스팬 값 사이의 중간 값에 의해서, 상기 분광 유닛의 분광 성능 중 선형성을 교정하는 것을 특징으로 하는 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 필터 휠은,
   원판 형상으로 형성된 회전판과, 상기 회전판의 제1 위치에 홀 형상으로 형성되고 광을 상기 프로브로 가이드하는 제1 가이드 유닛과,
   상기 회전판의 제2 위치에 형성되고, 광을 상기 교정 셀로 가이드하는 제2 가이드 유닛과,
   상기 회전판의 제3 위치에 형성되는 전면 반사 거울과,
   상기 회전판의 제4 위치에 형성되는 ND 필터와,
   상기 회전판의 제5 위치에 형성되는 블랙 필터로 이루어지고,
   상기 회전판의 중심축을 회전축으로 회전하여, 상기 광원으로부터 조사되는 광의 광로를 선택적으로 변경하는 것을 특징으로 하는 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2 가이드 유닛은 거울 또는 프리즘인 것을 특징으로 하는 자동교정장치가 부착된 인시츄 가스 측정 장치.

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