KR101159978B1 - 배가스의 수분량 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배가스의 수분량 측정장치에 관한 것으로, 응축장치(30)의 앞쪽과 뒤쪽에 각각 제1유량계(60)와 제2유량계(61)를 설치하고, 상기 제1유량계(60)와 응축장치(30)의 사이에 액체질소가 충진되는 저온냉각관(40)을 설치한다.
따라서, 수분을 포함한 배가스 유량과 수분이 응축 제거된 후의 배가스 유량을 계산모듈(70)에서 전달받아 그로부터 배가스내 수분량을 산출, 표시한다.
따라서, 배가스에 포함된 수분량을 실시간, 연속적으로 정확하게 측정할 수 있게 된다.

Description

배가스의 수분량 측정장치{apparatus for measuring moisture quantity of flue gas}

본 발명은 배가스의 수분량 측정장치에 관한 것으로, 특히 수분량을 실시간 연속적으로 측정할 수 있도록 된 배가스의 수분량 측정장치에 관한 것이다.

제철공장의 각 공정 예를 들어, 소결공정, 제선공정, 제강공정 등의 진행 결과 발생한 배가스에는 다량의 수분이 포함되어 있다.

따라서, 배가스에 포함된 수분량은 공정제어를 위한 데이터로서 활용될 수 있다.

또한, 배가스내 먼지를 제거하는 전기집진기는 상기 수분량에 따라 그 성능이 크게 영향받는다.

본 발명은 배가스에 포함된 수분량을 실시간, 연속적으로 정확하게 측정할 수 있도록 된 배가스의 수분량 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

배가스가 유입되는 프로브에 연결된 전방관체와,

상기 전방관체의 후단에 연결된 응축장치와,

상기 응축장치의 후단에 연결된 후방관체와,

상기 전방관체에 설치된 제1유량계와,

상기 전방관체의 상기 제1유량계 뒷부분에 전방관체를 감싸도록 설치되고 내부에 저온매체가 충진되는 저온냉각관과,

상기 후방관체에 설치된 제2유량계 및,

상기 제1유량계와 제2유량계로부터 입구유량과 출구유량을 전달받아 배가스의 수분량을 계산하여 표시하는 계산모듈을 포함한다.

또한, 상기 응축장치는 상기 전방관체와 후방관체 사이에서 확장된 밀폐공간을 형성하는 응축탱크와,

상기 응축탱크의 상부벽에 설치되어 응축된 수분이 물방울로 맺히도록 하는 응축플레이트와,

상기 응축탱크의 측벽에 설치되어 상기 응축플레이트로부터 낙하하는 물방울을 받아 상기 응축탱크의 바닥으로 고일 수 있도록 유도하는 경사판을 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 응축탱크의 바닥판에 드레인관이 형성되고, 상기 드레인관에 개폐밸브가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저온냉각관에 주입관이 형성되며, 상기 주입관에 개폐밸브가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 계산모듈은 상기 입구유량과 출구유량의 차를 수분량으로 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1유량계와 제2유량계의 근접 위치에 각각 제1온도계와 제2온도계가 설치되어 입구온도와 출구온도를 측정하며,

상기 계산모듈은 상기 입구온도와 출구온도를 전달받아 상기 입구유량과 출구유량을 0℃로 온도보정하고 수분량을 백분율값으로 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 후방관체의 후단에 배가스를 흡입, 배출하는 펌프가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 응축탱크를 둘러싸는 외부탱크가 설치되고, 상기 응축플레이트의 배면에 판상관체가 부착되며, 상기 외부탱크는 상기 저온냉각관에 연통되고, 상기 판상관체는 상기 외부탱크에 연통되어, 상기 외부탱크와 판상관체의 내부에도 상기 저온매체가 충진되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프로브에 보온재가 감싸여진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 후방관체의 상기 제2유량계 앞부분에 흡습제가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프로브의 선단부에 먼지필터가 설치된 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면,

배가스의 수분량을 실시간으로 측정하여 현장에서 즉시 측정값을 확인할 수 있다.

또한, 수분량을 실시간, 연속적으로 측정하므로 연속적인 수분량 확인이 가능하며, 시간에 따른 수분량의 변화를 알 수 있다.

상기와 같은 수분량 데이터를 여러 공정 관리에 유용하게 이용할 수 있다.

한편, 본 발명은 수분을 측정하는데 있어서 전자 부품이나 센서를 사용하지 않으므로 잔고장이 없어 내구성이 우수하고 유지관리가 용이한 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배가스의 수분량 측정장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 배가스의 수분량 측정장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 배가스가 유입되는 프로브(10)와, 상기 프로브(10)에 연결된 측정관체(20)와, 상기 측정관체(20)의 중간 부분에 형성된 응축장치(30)와, 상기 측정관체(20)의 전방과 후방에 각각 설치된 제1유량계(60) 및 제2유량계(61)와, 상기 제1유량계(60)와 상기 응축장치(30)의 사이에 설치된 저온냉각관(40)과, 상기 제1유량계(60)와 제2유량계(61)에서 측정된 유량값을 전달받아 수분량을 계산하는 계산모듈(70)과, 상기 제2유량계(61)의 후방에 설치된 펌프(80)를 포함한다.

상기 프로브(10)는 파이프로서 배가스가 통과하는 배가스관이나 스택(1)에 마련된 구멍으로 삽입되어 배가스가 유입되는 통로 역할을 한다.

상기 측정관체(20)는 상기 응축장치(30)와, 상기 응축장치(30)의 전방과 후방에 각각 연결된 전방관체(21) 및 후방관체(22)로 이루어져 있으며, 상기 전방관체(21)의 선단에 상기 프로브(10)가 연결된다.

상기 전방관체(21)의 앞부분에는 상기 제1유량계(60)가 설치되고, 상기 후방관체(22)의 앞부분에는 상기 제2유랑계(62)가 설치된다. 상기 제1유량계(60)와 제2유량계(61)는 프로펠러식 유량계이다.

또한, 상기 전방관체(21)와 후방관체(22)에는 상기 제1유량계(60)와 제2유량계(61)에 근접하여 각각 제1온도계(50)와 제2온도계(51)가 설치된다.

또한, 상기 후방관체(22)의 뒷부분에 상기 펌프(80)가 설치된다. 상기 펌프(80)는 자신의 전방 부분의 압력을 감소시킴으로써 상기 프로브(10)로 배가스가 유입될 수 있도록 하는 역할을 한다.

상기 제1유량계(60)와 제2유량계(61), 그리고 상기 제1온도계(50)와 제2온도계(51)의 측정값은 상기 계산모듈(70)로 전달된다.

한편, 상기 응축장치(30)는 전방관체(21)와 후방관체(22) 사이에 확장된 밀폐공간을 형성하는 박스 형상의 응축탱크(31)와, 상기 응축탱크(31)의 상부벽에 전방을 향해 경사지게 설치된 다수의 응축플레이트(32)와, 상기 응축탱크(31)의 전방벽에 전단이 고정되고 후단은 하방으로 쳐지도록 경사지게 설치된 경사판(33)을 포함한다.

상기 경사판(33)의 후단은 상기 응축탱크(31)의 벽면에 닿지 않고 이격되어 있다.

상기 응축탱크(31)의 내측 표면과 상기 응축플레이트(32)와 상기 경사판(33)의 표면은 테플론(Teflon) 코팅되어 있다.

상기 테플론 코팅층은 마찰계수가 극히 낮은 특성이 있다.

또한, 상기 응축탱크(31)의 바닥판에는 드레인관(34)이 설치되고, 상기 드레인관(34)에는 개폐밸브(35)가 구비된다.

상기 저온냉각관(40)은 전술한 바와 같이 제1유량계(60)와 상기 응축장치(30) 즉, 상기 응축탱크(31)의 사이에 설치되는 것으로, 상기 전방관체(21)의 외주면을 둘러싸는 형태로 설치되며, 내부는 밀폐공간을 형성한다.

또한, 상기 저온냉각관(40)에 주입관(41)이 설치되며, 상기 주입관(41)에는 개폐밸브(42)가 구비된다. 상기 저온냉각관(40)의 내부에는 저온의 액체질소가 충진된다.

한편, 상기 계산모듈(70)은 디스플레이장치를 구비한 컴퓨터로서, 상기 제1유량계(60)와 제2유량계(62)로부터 각각의 유량측정값을 전달받아 그 차 즉, 수분량을 계산하여 표시한다. 즉, 입구와 출구의 유량차이를 배가스 중 수분의 양으로 보는 것이다.

상기 수분량은 0℃로 온도 보정을 하고 백분율(%)로 나타낼 수 있다.

이는 아래의 식과 같이 계산된다.

( ((Q_in*(273/t_in) - Q_out*(273/t_out)) / Q_in*(273/t_in) )*100 = 수분량(%)

여기서, Q_in : 제1유량계에서 측정된 입구유량,

Q_out : 제2유량계에서 측정된 출구유량,

t_in : 제1온도계에서 측정된 입구온도,

t_out : 제2온도계에서 측정된 출구온도이다.

상기와 같은 구성의 본 발명 배가스의 수분량 측정장치를 이용한 수분량 측정 과정을 설명한다.

상기 프로브(10)를 배가스관 또는 스택(1)에 마련된 구멍에 삽입하고, 상기 펌프(80)를 작동시키면 배가스관 또는 스택(1)의 내부를 흐르는 배가스가 상기 프로브(10)를 통해 유입된다.

프로브(10)로 유입된 배가스는 상기 전방관체(21), 응축탱크(31), 후방관체(22)를 순차적으로 통과하여 배출된다.

배가스는 상기 전방관체(21)를 통과하면서 저온냉각관(40)내 액체질소의 영향으로 냉각이 이루어지고, 이에 수분이 응축되어 상기 응축탱크(31)를 지나면서 상기 응축플레이트(32)에 충돌하여 물방울로 맺히게 된다.

상기 물방울들은 응축플레이트(32)를 따라 하방으로 흘러 떨어지고, 응축플레이트(32)에서 낙하한 물방울들은 상기 경사판(33)을 따라 흘러서 응축탱크(31)의 하부에 고이게 된다. 이때 상기 응축플레이트(32)와 경사판(33)의 표면이 테플론 코팅되어 있으므로 물방울들이 응축탱크(31)의 하부로 용이하게 흘러 모일 수 있다. 즉, 응축탱크(31)의 하부로 흐르지 않고 응축플레이트(32)나 경사판(33)에 묻어 있지 않게 된다.

상기와 같이 수분이 응축 제거된 배가스는 상기 후방관체(22)를 통하여 외부로 배출된다.

상기의 과정에서 상기 제1유량계(60)와 제2유량계(61), 제1온도계(50)와 제2온도계(51)는 각각 입구유량(Q_in)과 출구유량(Q_out), 입구온도(t_in)와 출구온도(t_out)를 측정하여 상기 계산모듈(70)로 전달한다.

상기 계산모듈(70)은 단순히 배가스의 입구유량과 출구유량의 차를 계산하고 그 계산값을 디스플레이장치에 표시하여 작업자가 배가스내 수분량을 실시간으로 즉시 알 수 있도록 한다.

또한, 상기 계산모듈(70)은 전술한 계산식에 의해 상기 수분량을 0℃로 온도 보정하고 백분율(%)로 나타낼 수도 있다.

한편, 상기 개폐밸브(35)를 열고 드레인관(34)을 개방하여 모인 물을 별도의 용기로 배출한 후, 물의 중량을 측정할 수 있다. 이때에도 응축탱크(31)의 내측면이 테플론 코팅되어 있으므로 응축탱크(31)의 내부에 물이 남지 않고 전량 외부로 배출될 수 있게 된다.

상기 측정된 물의 중량을 상기 계산모듈(70)에서 측정된 수분량과 비교하여 계산된 수분량의 정확도를 재확인해볼 수 있으며, 실제 측정된 수분량을 근거로 계산값의 보정을 실시할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따르면, 배가스의 수분량을 실시간으로 측정하여 현장에서 즉시 측정값을 확인할 수 있다.

또한, 수분량을 실시간으로 연속적으로 측정하므로 매 순간마다의 수분량 확인이 가능하며, 이에 시간에 따른 수분량의 변화를 알 수 있게 된다.

상기와 같은 수분량 데이터는 여러 공정관리의 기본 자료로 활용할 수 있음은 물론이다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 프로브(10)는 보온재(90)로 감싸여질 수 있다.

상기 보온재(90)는 배가스의 수분이 제1유량계(60)에 도달하기 전에 응축되는 것을 막아준다. 따라서, 수분을 포함한 배가스의 입구유량을 정확히 측정할 수 있게 된다.

또한, 상기 응축탱크(31)의 외측부를 둘러싸는 외부탱크(43)가 설치되고, 상기 외부탱크(43)는 상기 저온냉각관(40)에 연결된다.

또한, 상기 응축플레이트(32)의 배면에 판상관체(관과 같이 내부에 빈공간이 존재하나 전체적으로 판 형상을 가짐; 44)가 부착되고, 상기 판상관체(44)는 상기 외부탱크(43)에 연결된다.

따라서, 상기 주입관(41)으로 주입된 액체질소는 상기 저온냉각관(40) 뿐만 아니라 상기 외부탱크(43)와 판상관체(44)의 내부에도 충진된다.

따라서, 상기 응축탱크(31) 내부로 유입된 배가스의 수분을 더욱 확실하게 응축시켜 제거할 수 있다.

또한, 상기 후방관체(22)에서 상기 제2유량계(61)의 앞쪽 부분에는 실리카겔과 같은 흡습제(110)가 구비될 수 있다.

상기 흡습제(110)는 응축 제거되지 않고 배가스에 잔존하는 수분을 흡수하여 상기 제2유량계(61)에서는 수분이 완전히 제거된 배가스의 출구유량을 정확히 측정할 수 있도록 하는 역할을 한다.

상기와 같이 상기 보온재(90), 상기 외부탱크(43)와 판상관체(44), 상기 흡습제(110)는 모두 제1 및 제2 유량계(60,61)에서 측정되는 입구유량과 출구유량의 정확성을 높임으로써 그로부터 산출되는 수분량의 정확성 및 신뢰성을 향상시키는 역할을 한다.

한편, 상기 프로브(10)의 선단부에는 먼지필터(100)가 설치된다.

상기 먼지필터(100)는 프로브(10)에 유입되는 배가스에 먼지가 포함되지 않도록 함으로써 상기 유량계들의 성능 저하 및 고장을 방지한다.

1 : 스택 10 : 프로브
20 : 측정관체 21 : 전방관체
22 : 후방관체 30 : 응축장치
31 : 응축탱크 32 : 응축플레이트
33 : 경사판 34 : 드레인관
35 : 개폐밸브 40 : 저온냉각관
41 : 주입관 42 : 개폐밸브
43 : 외부탱크 44 : 판상관체
50 : 제1온도계 51 : 제2온도계
60 : 제1유량계 61 : 제2유량계
70 : 계산모듈 80 : 펌프
90 : 보온재 100 : 먼지필터
110 : 흡습제

Claims (11)

1. 배가스가 유입되는 프로브에 연결된 전방관체와,
   상기 전방관체의 후단에 연결된 응축장치와,
   상기 응축장치의 후단에 연결된 후방관체와,
   상기 전방관체에 설치된 제1유량계와,
   상기 전방관체의 상기 제1유량계 뒷부분에 전방관체를 감싸도록 설치되고 내부에 저온매체가 충진되는 저온냉각관과,
   상기 후방관체에 설치된 제2유량계 및,
   상기 제1유량계와 제2유량계로부터 입구유량과 출구유량을 전달받아 배가스의 수분량을 계산하여 표시하는 계산모듈을 포함하며,
   상기 응축장치는 상기 전방관체와 후방관체 사이에서 확장된 밀폐공간을 형성하는 응축탱크와,
   상기 응축탱크의 상부벽에 설치되어 응축된 수분이 물방울로 맺히도록 하는 응축플레이트와,
   상기 응축탱크의 측벽에 설치되어 상기 응축플레이트로부터 낙하하는 물방울을 받아 상기 응축탱크의 바닥으로 고일 수 있도록 유도하는 경사판을 포함하고,
   상기 응축탱크의 바닥판에 드레인관이 형성되고, 상기 드레인관에 개폐밸브가 구비되며,
   상기 응축탱크를 둘러싸는 외부탱크가 설치되고, 상기 응축플레이트의 배면에 판상관체가 부착되며, 상기 외부탱크는 상기 저온냉각관에 연통되고, 상기 판상관체는 상기 외부탱크에 연통되어, 상기 외부탱크와 판상관체의 내부에도 상기 저온매체가 충진되며,
   상기 프로브에 보온재가 감싸여진 것을 특징으로 하는 배가스의 수분량 측정장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 저온냉각관에 주입관이 형성되며, 상기 주입관에 개폐밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 배가스의 수분량 측정장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 계산모듈은 상기 입구유량과 출구유량의 차를 수분량으로 산출하는 것을 특징으로 하는 배가스의 수분량 측정장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1유량계와 제2유량계의 근접 위치에 각각 제1온도계와 제2온도계가 설치되어 입구온도와 출구온도를 측정하며,
   상기 계산모듈은 상기 입구온도와 출구온도를 전달받아 상기 입구유량과 출구유량을 0℃로 온도보정하고 수분량을 백분율값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 배가스의 수분량 측정장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 후방관체의 후단에 배가스를 흡입, 배출하는 펌프가 설치된 것을 특징으로 하는 배가스의 수분량 측정장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 후방관체의 상기 제2유량계 앞부분에 흡습제가 설치된 것을 특징으로 하는 배가스의 수분량 측정장치.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로브의 선단부에 먼지필터가 설치된 것을 특징으로 하는 배가스의 수분량 측정장치.
    
    

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