KR101160045B1 - 적외선 이산화탄소 검출기 및 이를 이용한 인슈트 프로브 이산화탄소 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 인슈트 측정 장치는 덕트 내에 삽입되어 설치되는 프로브(10); 상기 프로브의 말단 덕트 외부에 설치되는 버퍼관(20); 상기 버퍼관의 후단에 설치되어 있는 이산화탄소 검출기(30); 및 상기 이산화탄소 검출기와 전기적으로 연결되어 있고 상기 검출기에서 추출된 이산화탄소의 농도를 측정하기 위한 제어 유닛(40)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 이산화탄소 측정 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 발전소, 제철소 등의 다양한 시설에 적용이 가능하며 덕트 내에 삽입하여 이산화탄소를 연속적으로 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 대기 중의 이산화탄소를 측정하는 방법으로 특정 파장의 빛이 가스 분자에 흡수되는 성질을 이용하여 가스의 농도를 측정하는 적외선 흡광도법이 널리 사용되고 있다. 종래의 적외선 흡광도계의 경우 적외선 광원을 일정 챔버를 통과하는 시료 가스에 조사하여 검출기에서 흡수 파장을 측정하는 방식으로 이산화탄소와 같은 가스의 농도를 측정한다. 본 발명의 배경이 되는 기술은 다음의 문헌에 기재되어 있다.
[특허문헌 1] 대한민국등록특허공보 제10-0890062호 (2009.03.25.)
[특허문헌 2] 일본공개특허공보 특개2010-276549호 (2010.12.09.)
상기 문헌들은 산업시설에서 배출되는 배기가스나 SOx, NOx, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 다양한 기체의 농도를 측정하는 데 중점을 두고 있다.
[특허문헌 1] 대한민국등록특허공보 제10-0890062호 (2009.03.25.)
[특허문헌 2] 일본공개특허공보 특개2010-276549호 (2010.12.09.)
상기 문헌들은 산업시설에서 배출되는 배기가스나 SOx, NOx, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 다양한 기체의 농도를 측정하는 데 중점을 두고 있다.
이 중에서 특히 이산화탄소와 같은 특정 가스에 대해 선택적으로 적용하기 위해서는 광원의 효율적인 포커싱(focusing)과 소모전력 제어, 광 챔버의 공기압, 유체역학적 특성 및 광학적 밀페특성, 내부 재질의 반사 특성 등 다양한 물성을 고려하여야 한다.
한편, 발전소나 제철소 등과 같은 대형 시설에서는 이산화탄소와 같은 온실가스를 다량으로 배출하기 때문에 일정 수준 이상의 이산화탄소를 배출하지 못하도록 법규로 규제할 필요가 있으며, 이에 실시간으로 이산화탄소의 배출량을 감시할 필요가 있다. 특히, 2012년부터 대한민국의 발전사업장은 온실가스 목표관리제 관리대상으로 지정할 예정에 있기 때문에 그 필요성이 더욱 중시되고 있는 실정이다.
화력발전소의 예를 들면, 보일러가 설치되어 있는 퍼니스(furnice)로 유입되는 상대적으로 저온의 공기를 승온하기 위하여 터빈을 가동하고 배출된 고온의 공기를 이용하는데, 이 고온의 공기를 사용하여 퍼니스로 유입되는 저온의 공기를 승온시킨다. 이 때, 승온을 위해 공기 예열기(Gas Air Heater)를 사용하는데, 공기 예열기의 열교환 과정 중 연소용 공기의 배출측 누설로 인해 발전 효율이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 이 누설률을 감시하기 위한 이산화탄소 분석 장치가 요구되고 있는 실정이다. 특히, 이산화탄소를 간헐, 분산적으로 측정하기 보다는 실시간, 연속적으로 측정할 필요가 높다.
이에 본 발명자는 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 새로운 구조를 갖는 이산화탄소 검출기 및 이를 발전소 등에 적용하기 위한 프로브 형태의 측정 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은 새로운 구조를 갖는 이산화탄소 검출기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발전소 등의 덕트 내에 설치하여 실시간으로 이산화탄소의 농도를 연속 측정할 수 있는 인슈트 프로브 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 내재되어 있는 목적들은 아래 설명하는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 인슈트 측정 장치는
덕트 내에 삽입되어 설치되는 프로브(10);
상기 프로브의 말단 덕트 외부에 설치되는 버퍼관(20);
상기 버퍼관의 후단에 설치되어 있는 이산화탄소 검출기(30); 및
상기 이산화탄소 검출기와 전기적으로 연결되어 있고 상기 검출기에서 추출된 이산화탄소의 농도를 측정하기 위한 제어 유닛(40);
으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 프로브(10)는
프로브 하우징(11);
상기 프로브 하우징의 전단에 설치되어 있는 측정 가스 유입구(12);
상기 측정 가스 유입구(12)의 후단 및 상기 프로브 하우징(11) 내부에 설치되는 다공질 매체(13);
상기 다공질 매체 일측에 연결되어 상기 프로브 하우징(11) 외부로 연결되는 측정 가스 이동관(14);
상기 다공질 매체 후단에 연결되어 상기 프로브 하우징(11) 외부로 연결되는 퍼지 가스 이동관(16); 및
상기 프로브 하우징의 후단에 설치되며 상기 측정 가스 이동관과 연결되는 측정 가스 유출구 및 상기 퍼지 가스 이동관과 연결되는 퍼지 가스 유입구가 설치되어 있는 플랜지(19);
로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 다공질 매체(13)와 퍼지 가스 이동관(16) 사이에는 역류방지기가 설치되어 있어도 좋다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 화력 발전소는 퍼니스, 제1 공기예열기 및 제2 공기예열기를 포함하는 화력 발전소에 있어서,
상기 제1 공기 예열기의 전방 및 후방에 설치되어 있는 제1항 내지 제3항에 따른 제1 및 제2 인슈트 측정 장치; 및
상기 제2 공기 예열기의 전방 및 후방에 설치되어 있는 제1항 내지 제3항에 따른 제3 및 제4 인슈트 측정 장치;
를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 새로운 구조를 통하여 효율 높은 이산화탄소 농도의 측정이 가능한 이산화탄소 검출기와, 이 이산화탄소 검출기를 이용하여 발전소 등의 덕트 내에 설치하여 실시간으로 이산화탄소의 농도를 연속 측정할 수 있는 인슈트 프로브 측정 장치를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치의 구조를 나타낸 일측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치의 프로브를 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치에 적용되는 이산화탄소 검출기를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치가 적용되어 있는 화력 발전소를 나타낸 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치의 프로브를 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치에 적용되는 이산화탄소 검출기를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치가 적용되어 있는 화력 발전소를 나타낸 시스템 구성도이다.
도 1은 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치(100)의 구조를 나타낸 일측면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치(100)는 프로브(10), 버퍼관(20), 이산화탄소 검출기(30) 및 제어 유닛(40)으로 이루어진다.
프로브(10)는 덕트 내부로 삽입되어 시료 가스를 채취하는 부분으로서, 이를 위해 프로브(10) 내부에 다양한 구성을 가지고 있다. 이에 대하여는 아래 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
버퍼관(20)는 프로브(10)로부터 채취된 시료 가스 또는 측정 가스를 이산화탄소 검출기(30)로 보내기 전에 거치는 부분으로서, 시료 가스가 다소 고온일 경우에 잠시 이동하는 거리를 줌으로써 이산화탄소 검출기(30)에 유입되는 시료 가스가 너무 고온이 되지 않도록 조절하는 역할을 한다. 이를 위하여, 시료 가스가 이동하는 관의 주변을 열전도성이 높은 알루미늄 호일 등을 사용하여 감아 놓아도 좋다.
버퍼관(20)의 일측에는 퍼지 가스(purge gas) 도입관(25)이 형성되어 있다. 이 퍼지 가스 도입관(25)은 프로브(10) 내부로 외부 공기인 퍼지 가스를 유입시키기 위한 관이다. 퍼지 가스를 유입시킴으로써 프로브(20) 및 그 내부의 기타 부품들이 굴뚝 내의 유해가스로부터 오염되는 것을 방지한다.
이산화탄소 검출기(30)는 측정 가스 또는 시료 가스 내의 이산화탄소 양을 검출함으로써 이산화탄소 농도를 측정하는 장치이다. 이를 위하여 본 발명에서는 새로운 구조의 이산화탄소 검출기를 도입하는데, 자세한 사항은 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
제어 유닛(40)은 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치 전체를 제어하기 위한 장치로서, 검출된 이산화탄소의 농도를 연산하거나 기타 장치 전체의 제어를 담당한다. 필요에 따라 LCD 창이나 기타 입력장치를 더 구비하여도 좋다.
도 2는 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치의 프로브(10)를 나타낸 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 프로브(10)는 프로브 하우징(11), 측정 가스 유입구(12), 다공질 매체(13), 측정 가스 이동관(14), 역류방지기(15), 퍼지 가스 이동관(16), 퍼지 가스 유입구(17), 측정 가스 유출구(18) 및 플랜지(19)로 이루어진다.
프로브 하우징(11)은 프로브 내부의 각 부분을 보호하기 위하여 전체를 감싸고 있으며, 대부분 유해 가스인 측정 가스에 노출되는 부분이다.
프로브 하우징(11)의 말단에는 측정 가스 유입구(12)가 있다. 측정 가스 유입구(12)을 통해 유입되는 측정 가스 또는 시료 가스는 다공질 매체(13)를 통과한다.
다공질 매체(13)는 도면에 외부 케이스만 도시되어 있는데, 그 내부에 다공질의 매체(porous media)가 삽입되어 있다. 이 다공질 매체(13)를 통과한 시료 가스는 유속이 감소하면서 측정에 적당한 유속을 갖게된다. 한편 다공질 매체(13)의 측정 가스 유입구의 반대측에는 역류방지기(15)가 설치되어 있다. 이 역류방지기(15)에 의하여 유해 가스인 측정 가스가 퍼지 가스 유입구(17) 측으로 역류하여 나가는 것을 방지하여 준다.
역류방지기(15)는 프로브 외측에 설치되어 있는 퍼지 가스 유입구(17)로부터 유입되는 퍼지 가스가 퍼지 가스 이동관(16)을 통해 나오는 방향으로 계속 진행하도록 하며 그 반대로 역류하는 것도 방지하여 준다.
퍼지 가스 유입구(17)은 도 1의 퍼지 가스 도입관(25)으로부터 유입된 퍼지 가스를 프로브(10) 내부로 유입시키는 관이다. 퍼지 가스는 퍼지 가스 이동관(16)과 역류방지기(15)를 지나, 다공질 매체(15)로 유입되며, 측정 가스와 함께 측정 가스 이동관(14)으로 유입된다. 이 측정 가스와 퍼지 가스의 혼합 가스는 측정 가스 이동관(14)을 통해 측정 가스 유출구(18)로 빠져나간다. 이 측정 가스 유출구(18)는 버퍼관 내의 이동관(도시되지 않음)과 연결되어 있으며, 이 이동관은 이산화탄소 검출기 내부로 측정 가스를 안내한다.
플랜지(19)는 프로브(10)를 덕트에 고정시키는 역할을 한다. 즉, 덕트에 형성되어 있는 삽입 구명에 프로브(10)를 삽입한 다음 플랜지를 덕트 벽면에 고정시키는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치에 적용되는 이산화탄소 검출기(30)를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 이산화탄소 검출기(30)은 적외선 투과 흡광도법을 이용하여 혼합 가스 중의 이산화탄소 농도를 측정하기 위한 구조를 갖는다. 도 3을 참조하면, 흡광도 측정 유닛(30)은 중심부에 광원(35)이 위치하며, 이 광원(35)의 주변에 방사상으로 측정 셀(32a 내지 32f)이 위치한다. 바람직하게 이 광원(35)은 적외선을 조사하기 위한 적외선 발생기를 포함한다. 각각의 측정 셀(32a 내지 32f)은 각 기체 시료가 통과하는 유로이다.
기체 시료는 도 2에서 A방향으로 유입되어 B방향으로 유출된다. 이들 각각의 측정 셀(32a 내지 32f)의 외주면에는 광원에서 조사된 빛이 투과하기 위한 광투과판(33a 내지 33f)가 위치하며, 이들 광투과판(33a 내지 33f)의 각각의 외주면에는 흡수광을 측정하기 위한 광검출부(34a 내지 34f)가 설치되어 있다. 광투과판(33a 내지 33f)은 바람직하게 분광기이며, 광검출부(34a 내지 34f)는 바람직하게 광센서 또는 적외선 감지 센서이다. 바람직하게, 광투과판(33a 내지 33f)과 광검출부(34a 내지 34f) 사이에 적외선 필터(도시하지 않음)를 더 포함하여도 좋다.
도 3에서, 6개의 측정 셀을 도시하고 있지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 측정 셀의 개수를 다양하게 변형하여 적용하여도 좋다.
도 4는 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치(100)가 적용되어 있는 화력 발전소를 나타낸 시스템 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인슈트 측정 장치(100)는 화력 발전소의 덕트에 4개를 설치하고 있다. 즉, 퍼니스(200)로부터 공급되는 공기와 배출되는 공기의 열교환을 담당하는 제1 공기 예열기(100a) 및 제2 공기 예열기(100b)를 포함하는 화력발전소에 4개의 인슈트 측정 장치(100a, 100b, 100c, 100d)를 설치한다.
즉, 제1 공기 예열기(300a)의 전방 및 후방에 제1 인슈트 측정 장치(100a)와 제2 인슈트 측정 장치(100b)를 설치하고, 제2 공기 예열기(300b)의 전방 및 후방에 제3 인슈트 측정 장치(100c)와 제4 인슈트 측정 장치(100d)를 설치한다. 이렇게 함으로써 공기 예열기를 통과할 때 발생하는 누설 가스의 변화에 따른 이산화탄소의 농도를 실시간으로 또한 연속적으로 측정할 수 있다.
10: 프로브 11: 프로브 하우징
12: 측정 가스 유입구 13: 다공질 매체
14: 측정 가스 이동관 15: 역류방지기
16: 퍼지 가스 이동관 17: 퍼지 가스 유입구
18: 퍼지 가스 유출구 19: 플랜지
20: 버퍼관 25: 퍼지 가스 도입관
30: 이산화탄소 검출기 32a 내지 32f: 측정 셀
33a 내지 33f: 광투과판 34a 내지 34f: 광검출부
40: 제어 유닛
100, 100a, 100b, 100c, 100d: 인슈트 측정 장치
200: 퍼니스 300a, 300b: 공기 예열기
12: 측정 가스 유입구 13: 다공질 매체
14: 측정 가스 이동관 15: 역류방지기
16: 퍼지 가스 이동관 17: 퍼지 가스 유입구
18: 퍼지 가스 유출구 19: 플랜지
20: 버퍼관 25: 퍼지 가스 도입관
30: 이산화탄소 검출기 32a 내지 32f: 측정 셀
33a 내지 33f: 광투과판 34a 내지 34f: 광검출부
40: 제어 유닛
100, 100a, 100b, 100c, 100d: 인슈트 측정 장치
200: 퍼니스 300a, 300b: 공기 예열기
Claims (4)
- 덕트 내에 삽입되어 설치되는 프로브(10);
상기 프로브의 말단 덕트 외부에 설치되는 버퍼관(20);
상기 버퍼관의 후단에 설치되어 있는 이산화탄소 검출기(30); 및
상기 이산화탄소 검출기와 전기적으로 연결되어 있고 상기 검출기에서 추출된 이산화탄소의 농도를 측정하기 위한 제어 유닛(40);
으로 이루어지고, 상기 프로브(10)는
프로브 하우징(11);
상기 프로브 하우징의 전단에 설치되어 있는 측정 가스 유입구(12);
상기 측정 가스 유입구(12)의 후단 및 상기 프로브 하우징(11) 내부에 설치되는 다공질 매체(13);
상기 다공질 매체 일측에 연결되어 상기 프로브 하우징(11) 외부로 연결되는 측정 가스 이동관(14);
상기 다공질 매체 후단에 연결되어 상기 프로브 하우징(11) 외부로 연결되는 퍼지 가스 이동관(16); 및
상기 프로브 하우징의 후단에 설치되며 상기 측정 가스 이동관과 연결되는 측정 가스 유출구 및 상기 퍼지 가스 이동관과 연결되는 퍼지 가스 유입구가 설치되어 있는 플랜지(19);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인슈트 측정 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 다공질 매체(13)와 퍼지 가스 이동관(16) 사이에는 역류방지기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 인슈트 측정 장치.
- 퍼니스, 제1 공기예열기 및 제2 공기예열기를 포함하는 화력 발전소에 있어서,
상기 제1 공기 예열기의 전방 및 후방에 설치되어 있는 제1항 또는 제3항에 따른 제1 및 제2 인슈트 측정 장치; 및
상기 제2 공기 예열기의 전방 및 후방에 설치되어 있는 제1항 또는 제3항에 따른 제3 및 제4 인슈트 측정 장치;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화력 발전소.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120047929A KR101160045B1 (ko) | 2012-05-07 | 2012-05-07 | 적외선 이산화탄소 검출기 및 이를 이용한 인슈트 프로브 이산화탄소 측정 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120047929A KR101160045B1 (ko) | 2012-05-07 | 2012-05-07 | 적외선 이산화탄소 검출기 및 이를 이용한 인슈트 프로브 이산화탄소 측정 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101160045B1 true KR101160045B1 (ko) | 2012-06-25 |
Family
ID=46689439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120047929A KR101160045B1 (ko) | 2012-05-07 | 2012-05-07 | 적외선 이산화탄소 검출기 및 이를 이용한 인슈트 프로브 이산화탄소 측정 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101160045B1 (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101240783B1 (ko) | 2012-11-09 | 2013-03-07 | 주식회사 동일그린시스 | 냉각 유닛 및 적외선 이산화탄소 검출기를 구비한 인슈트 프로브 이산화탄소 측정 장치 |
| KR102159454B1 (ko) | 2019-07-30 | 2020-09-23 | 건국대학교 산학협력단 | 이산화탄소 지중 저장시설의 순환형 이산화탄소 감지 센서 |
| KR20210014281A (ko) | 2019-07-30 | 2021-02-09 | 건국대학교 산학협력단 | 이산화탄소 지중 저장시설의 이산화탄소 감지 센서 |
| KR20220075823A (ko) | 2020-11-30 | 2022-06-08 | 건국대학교 산학협력단 | Co2 감지를 위한 저비용 일체형 센서 |
| KR20240007882A (ko) | 2022-07-08 | 2024-01-17 | 건국대학교 산학협력단 | 비색 센서 기반의 휴대 가능한 수목 호흡 검출 장치 |
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-
2012
- 2012-05-07 KR KR1020120047929A patent/KR101160045B1/ko active IP Right Grant
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