KR101654193B1

KR101654193B1 - 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101654193B1
Application number: KR1020150062008A
Authority: KR
Inventors: 김조천
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-09-05

Abstract

본 발명은 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 냉각부재와 가온부재를 함께 구비하고 있는 냉온블록, 냉각부재를 구비하고 있는 냉블록, 냉온블록과 냉블록의 원통부에 삽입되는 파이프 다발 등을 포함하고 있고, 음페바 효과를 이용하여 연소가스의 수분 결정화를 유도하기 때문에 수분제거효율이 탁월하고 장치의 간소화를 기대할 수 있는 전처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치 및 방법{PRETREATMENT APPARATUS AND METHOD USING MPEMBA EFFECT FOR ANALYSING AIR POLUTION DETECTION}

본 발명은 대기오염 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소가스의 온도를 소정의 범위로 조절한 후 냉각시켜 연소가스에 포함된 수분 결정화를 유도할 수 있기 때문에, 측정하고자 하는 연소가스 내에 함유된 수분과 입자성 물질을 효과적으로 제거할 수 있는 대기오염 측정 분석을 위한 전처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

도시화와 인구증가, 무분별한 자연훼손 등으로 인하여 우리의 자연환경은 갈수록 황폐해지고 있다. 특히, 급격한 산업발달과 함께 대두된 환경오염은 일부 국가들에만 국한된 문제가 아니라 지구촌 모든 국가들이 심각하게 고민하고 대응해야 하는 상황에 직면해 있다고 하여도 과언이 아니다.

이러한 환경오염문제의 대처방안으로는 오염물질의 배출을 억제하거나 필연적으로 배출될 수밖에 없는 배출된 오염물질을 제거하는 기술개발로 대별될 수 있다.

이 중, 오염물질의 배출 억제를 위해서는 각 배출원별 배출허용기준을 정하여 관리·규제하고 있으며, 일반적으로는 오염물질의 배출량이나 배출농도를 확인하기 위한 모니터링을 실시하고 있고 이러한 배출 모니터링은 환경오염방제 분야에서 매우 중요한 부분을 차지하고 있다.

특히, 환경오염 중 화석연료의 연소나 각종 제조공정 등에서 유래하는 대기오염물질을 모니터링하는 장치는 보통 광학기기를 기반으로 하는 측정 방식을 이용하고 있다. 그러나 이들 모니터링 장치는 측정하고자 하는 기체상 물질에 포함된 수분이나 입자상 물질로 인하여 연소 가스에 포함된 대기 오염물질의 정확한 물질명이나 농도를 파악하기 곤란한 경우가 많다.

따라서 오염물질과 그 농도를 정확히 파악하기 위하여, 측정이나 분석을 어렵게 하는 수분이나 입자상 물질을 사전에 제거한 후 측정 장치에 도입되어야 하며, 이러한 전처리 방법으로 필터를 사용하는 경우도 있다. 그러나 필터는 수분이나 입자상 물질 뿐만 아니라, 필터에서 제거된 수분이나 입자상 물질이 또 다른 여과체를 형성함으로 인하여 제거되지 않아야 할 즉, 측정하고자 하는 기체상 오염물질 마저도 제거될 수 있어 오염물질의 정확한 파악이 곤란해지는 문제점이 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술인 한국공개특허공보 제2006-0039465호에는 수분 제거를 위한 전처리장치, 상기 전처리 장치 내부에는 내주연에 수분을 냉각 응착시키기 위한 글라스튜브가 구비되며, 또한 글라스튜브 내부에는 1차적 수분 제거를 위한 면사층이 더 형성되고, 상기 전처리장치 하부에는 냉각 응축 및 열탈착을 수행하는 펠티어 트랩이 구비되어, 시료포집부의 시료포집이 완료된 후, 수분 제거를 위해 가열 구동되는 대기오염 분석을 위한 수분 전처리 수단이 구비된 전처리장치에 관해 개시되어 있다.

그러나 상기 종래의 기술에서는 펠티어 트랩을 이용하여 가스에 함유되어 있는 수분을 제거하고 있으나, 펠티어 트랩이 전처리 장치 일측면에만 구비되어 있어 온도의 제어가 어려워 수분의 응축이 발생하여 분석하고자 하는 가스성분이 소실될 뿐만 아니라 신속한 냉각이 곤란하고, 또 별도의 글라스튜브를 구비시켜야 하므로 장치가 복잡하다는 점은 여전히 문제점으로 지적될 수 있다.

한국공개특허공보 제2006-0039465호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연소가스 등에 포함된 수분과 입자상 물질을 완벽하게 제거하여 대기오염물질의 모니터링 장치에 대한 신뢰성을 확보하고, 나아가 구성의 간소화를 통하여 장치의 보수 등 유지관리가 용이한 대기오염 측정 분석을 위한 음페파 효과를 이용한 전처리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치는, 상면의 제1개구부(11)와 하면의 다수개의 제2개구부(12)가 형성되되, 내부는 빈 공간부를 갖는 연소가스 분배부(10); 다수개의 천공된 원통부(24)가 형성된 냉온블록(20); 상기 냉온블록(20)의 원통부(24)와 상응되는 원통부(33)가 형성되며, 상기 냉온블록(20) 저부에 위치하는 냉블록(30); 상기 냉온블록(20)과 냉블록(30)의 원통부(24, 33)에 삽입되되, 상측과 하측 말단부 각각이 상기 냉온블록(20)과 냉블록(30)의 외부로 돌출되는 길이로 형성되고, 상측 말단부는 상기 냉온블록(20)을 관통한 후 상기 연소가스 분배부(10)의 제2개구부(12)에 삽입되어 상기 연소가스 분배부(10) 빈 공간부에 위치하는 파이프 다발(40); 상기 냉블록(30) 외부로 돌출되는 상기 파이프 다발(40)의 하측 말단부를 수용하는 소켓부(50); 및 상기 소켓부(50)와 결합되는 후드(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전처리 장치는, 상기 냉온블록(20) 일측면에는 제1냉각 펠티어(21)가 구비되며 타측면에는 히팅 펠티어(22)가 구비되고, 상기 냉블록(30)에는 제2냉각 펠티어(31)가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전처리 장치는, 상기 후드(60) 저부에는 ‘┤’자형 배관이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전처리 장치는, 상기 연소가스 분배부(10)의 제1개구부(11)에 삽입되는 연소가스 유입관(70)이 더 구비되되, 상기 연소가스 유입관(70) 일측면에는 유입 가스의 온도를 측정하기 위한 유입가스 온도센서(71)가 더 장착된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전처리 장치는, 상기 냉온블록(20)의 온도를 측정하기 위한 냉온블록 온도센서(23)와 상기 냉블록(30)의 온도를 측정하기 위한 냉블록 온도센서(32)가 더 장착된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전처리 장치는, 상기 연소가스 유입관(70)으로 유입되는 가스의 습도를 측정하기 위한 습도센서(13)가 상기 연소가스 분배부(10) 내부에 장착된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전처리 장치는, 상기 연소가스 분배부(10), 상기 냉온블록(20), 상기 냉블록(30) 및 후드(60)를 수용하는 보호상자(80); 및 상기 보호상자(80)와 상기 연소가스 분배부(10), 상기 냉온블록(20), 상기 냉블록(30) 및 후드(60) 사이 공간부에 내장되는 유리섬유층(90)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 방법은, 측정하고자 하는 대기오염물질이 포함된 연소가스를 연소가스 유입관(70)으로 유입시키는 제1단계(100); 상기 연소가스 유입관(70)으로 유입시킨 연소가스를 파이프 다발(40)로 분배시키는 제2단계(200); 상기 파이프 다발(40)로부터 분배된 가스를 냉각하여 상기 연소가스에 함유된 수분을 결정화시키는 제3단계(300); 및 상기 결정화된 수분 입자가 파이프 다발(40) 내부 벽면에 부착되는 제4단계(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전처리 방법은, 상기 수분을 결정화시키는 제3단계(300)에서는 연소가스에 포함된 입자성 물질은 수분이 결정화될 때, 또는 결정화된 수분에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전처리 방법은, 상기 제4단계 이후에 가온된 가스를 유입시켜 상기 파이프 다발(40) 내부 벽면에 부착된 결정화된 수분 입자를 용해시키는 제5단계(500); 및 상기 용해된 수분을 외부로 배출시키는 제6단계(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전처리 방법은, 상기 파이프 다발(40)로 분배되는 연소가스의 온도를 70 ± 10℃로 조절하는 제2-1단계(210)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전처리 방법은, 상기 제3단계에서의 냉각온도는 -20 ± 10℃의 범위인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치 및 방법은, 간단한 온도 차이를 이용하여 연소가스에 포함된 수분을 제거할 수 있어 장치의 간소화와 신뢰성을 도모할 수 있다.

또한 본 발명에서는 펠티어 효과를 이용하여 연소가스의 온도를 조절하기 때문에 연소가스의 온도조절이 용이할 뿐만 아니라 경제적이라는 효과가 기대된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전처리 장치의 정면도, 평면도를 나타낸 도면이다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 전처리 장치의 분해도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 전처리 장치의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전처리 장치의 소켓부와 후드부의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 대기오염 측정 분석을 위한 전처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명은 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전처리 장치의 정면도와 평면도, 도 2는 분해도, 도 3은 측면도 및 도 4는 소켓부와 후드부의 확대도를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 4를 참조하면서 본 발명의 전처리 장치를 설명하면, 본 발명의 전처리 장치는 연소가스 분배부(10), 냉온블록(20), 냉블록(30), 파이프 다발(40), 소켓부(50), 후드(60) 및 연소가스 유입관(70)을 포함하여 구성된다.

상기 각 구성들을 상세히 살펴보면, 먼저 연소가스 분배부(10)는 내부가 빈 원통형으로 상부에는 후술할 연소가스 유입관(70)이 삽입 장착되는 제1개구부(11)가 형성되어 있고, 하면에는 후술할 파이프 다발(40)이 삽입 장착될 수 있도록 상기 파이프 다발(40)의 파이프 개수와 크기에 대응되는 다수개의 제2개구부가 구비되어 있다.

따라서 상기 연소가스 유입관(70)으로 이송된 연소가스는 연소가스 분배부(10)로 공급된 후, 상기 연소가스 분배부(10) 내에 삽입된 파이프 다발(40)의 파이프로 골고루 분배되어 후술할 냉온블록(20)과 냉블록(30)으로 이동하게 된다.

상기 냉온블록(20)은 상기 연소가스 분배부(10)의 저부에 위치하며, 내부에는 다수개의 긴 원통형 공간이 형성되어 있고, 외측에는 가온 또는 냉각할 수 있는 가온부재와 냉각부재가 부가되어 있다. 또한 냉온블록(20)과 접하는 파이프 다발(40) 내의 연소 가스 온도를 측정하기 위한 냉온블록 온도센서(23)가 파이프 다발(40) 내측에 구비되어 있다.

즉, 도 2에 상세히 도시되어 있듯이, 냉온블록(20) 외측 마주보는 양측면에는 냉각부재인 제1냉각 펠티어(21)가 구비되어 있고, 상기 제1냉각 펠티어(21)가 부착되어 있지 않는 나머지 양측면에는 가온부재인 히팅 펠티어(22)가 형성되어 있다. 이와 같이 제1냉각 펠티어(21)와 히팅 펠티어(22)를 함께 구비시킨 이유는, 상기 냉온블록(20)과 접하는 파이프 다발(40) 내부의 연소가스가 소정의 온도보다 낮은 경우에는 히팅 펠티어(22)를 가동하여 가온하고, 반대로 소정의 온도보다 높은 경우에는 제1냉각 펠티어(21)를 가동하여 연소가스의 온도를 낮추기 위한 것으로, 결과적으로 연소가스의 온도를 소정의 범위로 조절하는 것이 가능하게 된다.

일 실시예로서, 유입되는 연소가스의 온도가 80℃ 이상이면 냉각 기능이 작동되고, 유입가스 온도가 60℃ 이하일 경우 가열 기능이 작동된다.

여기서, 상기 냉각부재와 가온부재가 펠티어 효과를 이용하는 냉각 펠티어, 히팅 펠티어인 경우만 예시하고 있으나, 동일한 기능 및 작용 효과를 달성할 수 있는 냉각 또는 가온수단이라면 특별히 제한하지는 않는다.

한편, 펠티어 효과(Peltier effect)를 이용한 냉각 펠티어 또는 히팅 펠티어는 특정 국소부위를 냉각하거나 히팅하기 위한 장치로서, 두 개의 서로 다른 금속선의 양 끝을 접합한 다음 회로에 직류전기를 흘리면 한쪽 접합부에서 흡열, 다른 접합부에서는 발열이 일어나며, 전류의 방향을 반대로 하면 흡열과 발열이 반대로 일어나는 현상으로, 일종의 heat pumping 현상으로써 전자냉각의 원리이다. 따라서 이러한 원리를 이용한 냉각 펠티어와 히팅 펠티어를 사용하면 특정 위치의 온도를 소망하는 온도로 정확하게 유지시킬 수 있다는 장점이 있다.

상기 냉블록(30)은 상기 냉온블록(20)과 동일한 형상과 구조를 갖고 있으나, 상기 냉온블록(20)과의 유일한 차이점은 상기 냉블록(30) 외주면에는 냉각부재인 제2냉각 펠티어(31)만이 형성되어 있다는 점이다.

즉, 상기 냉블록(30)과 접하는 파이프 다발(40) 내부의 연소 가스는 소정의 온도범위로 냉각하는 기능만을 수행하며, 상기 연소가스의 온도를 측정하는 냉블록 온도센서(32)는 냉블록(30)과 접하는 파이프 다발(40) 내측에 구비되어 있다.

여기서, 상기 냉온블록(20)과 냉블록(31)을 별도로 구비시키는 이유는 음페바(Mpemba)효과를 이용하여 연소가스 내에 포함되어 있는 수분을 빠른 속도로 결정화시키기 위한 것이다.

음페바(Mpemba)효과란 같은 냉각 조건에서 높은 온도의 물이 낮은 온도의 물보다 빨리 어는 현상을 의미하는 것으로, 물 분자들이 가까이 붙이면 분자끼리 수소결합(hydrogen bond)으로 인해 서로 끌어당기며 이때 수소와 산소 원자 사이의 공유결합(covalent bond)이 길어지며 에너지를 축적하게 된다. 이러한 물을 끓이면 수소결합(Hydrogen bond)이 길어지면서 물의 밀도가 줄어들게 되며 이때 공유결합(covalent bond)이 다시 줄어들며 축적했던 에너지를 방출한다. 즉, 많은 에너지를 축적한 뜨거운 물이 냉각 시 더 빠르게 에너지를 방출하기 때문에 빨리 어는 것이다.

따라서 이러한 음페바(Mpemba)효과에 착안한 본 발명에서는, 냉온블록(20)에서는 높은 온도의 조건을 유지시켜 연소가스를 가온하고, 냉블록(30)에서는 연소가스에 함유된 수분을 결정화시킬 수 있을 정도로 냉각시켜 연소가스에 포함된 수분을 제거할 수 있게 하기 위함이다.

한편, 상기 냉온블록(20)과 냉블록(30)의 재질과 형상은 특별히 한정하지 않으나, 상기 냉온블록(20)과 접하고 있는 가온부재와 냉각부재, 상기 냉블록(30)과 접하고 있는 냉각부재로부터 효과적으로 열을 전달받고 방출하기 위해서는 열전도율이 우수하면서 비중이 낮은 알루미늄이나 구리 등의 재질인 것이 바람직하고, 또 가온부재와 냉각부재의 탈·부착 및 보수의 용이성 관점에서 직육면체 형상인 것이 바람직하다.

한편, 파이프 다발(40)은 상기 연소가스 분배부(10)로부터 분배된 연소가스가 이동되며 음페바 효과에 의하여 연소가스 내의 수분이 결정화되고 결정화된 입자를 제거하는 기능을 수행한다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 파이프 다발(40)은 다수개의 파이프 집합체로서, 상기 냉온블록(20)과 냉블록(30)의 원통부에 삽입된다. 또 파이프 상측 말단부는 상기 연소가스 분배부(10)의 제2개구부(2)에 삽입되어 연소가스가 유입되며, 하측 말단부는 후술할 소켓부(50)와 결합되도록 구성된다.

한편, 상기 파이프 다발(40)의 파이프 개수는 제한하지 않으며, 유입되는 연소가스의 유량, 파이프의 직경, 파이프의 길이 등을 고려하여 결정할 수 있고, 파이프의 재질은 열전도율이 우수한 알루미늄이나 구리뿐만 아니라 측정 가스와의 반응성이 적은 쿼츠(quartz) 등으로 제작되는 것이 바람직하다.

다음으로 도 4를 참조하여 소켓부(50)와 후드(60)의 구성을 설명하면, 상기 소켓부(50)는 상기 냉블록(30) 외부로 돌출되는 상기 파이프 다발(40)의 하측 말단부를 수용하며, 상기 소켓부(50)는 후드(60)와 결합되는 밀폐 구조로 이루어진다.

즉, 연소가스에 함유된 오염물질을 측정하기 위해서는 상기 파이프 다발(40) 내부를 경유하는 연소가스의 전량이 측정장치로 이송될 수 있도록 밀폐구조가 요구되고, 상기 소켓부(50)는 상기 후드(60)와 상기 파이프 다발(40)을 상호 연결하여 밀폐기능을 수행하게 된다.

한편, 소켓부(50)와 연결되는 후드(60)는 가스의 흐름을 변경하기 위한 ‘┤’자형 배관(61)과 3방 밸브(62)가 설치되어 있다.

즉, 수분이 제거된 연소가스를 측정장치로 유입시키는 경우에는 연소가스와 기체배출구(63)가 연통되고, 파이프 다발(40) 내부에 부착된 수분 결정체를 제거시키는 경우에는 액체 배출구(64)와 연통되도록 밸브의 개폐 방향을 조절한다.

여기서, 상기 파이프 다발(40) 내부에 부착된 수분 결정체를 제거하는 방법으로는 고온의 기체를 상기 파이프 다발(40) 내부로 주입하거나, 상기 냉온블록(20)에서 가열하여 소정의 온도로 가온한 기체를 사용할 수 있다.

또한 본 발명에서는 연소가스 분배부(10)로 유입되는 연소가스에 포함된 습도를 파악하기 위하여 상기 연소가스 분배부(10)의 내부 공간부에 습도센서(13)를 더 구비하고 있다.

즉, 습도센서(7)는 유입 연소가스의 습도가 일정기준치 이상인 경우에는 연소가스 유량을 감소시키고, 또 일정기준치 이하인 경우에는 연소 가스 유량을 증가시키는 등, 유입 연소가스의 습도에 따라 연소가스 유량을 가감시켜 결과적으로는 파이프 다발 내부 벽면에 수분 결정체가 고르게 형성될 수 있도록 유도할 수 있다.

본 발명은 음페바(Mpemba)효과를 이용한 전처리 장치로서, 상기 파이프 다발(40) 내부를 따라 이동하는 연소가스를 소정의 범위로 제어하는 것이 매우 중요하고 또 연소가스의 누출을 방지하기 위해서는 외부 충격으로부터 보호되어야 한다.

따라서 상기 연소가스 분배부(10), 상기 냉온블록(20), 상기 냉블록(30) 및 후드(60) 등을 외부 충격으로부터 보호하기 위한 보호상자(80)와 외부와의 열전달을 최대한으로 억제하기 위하여 단열효과가 탁월한 유리섬유층(90)이 상기 보호상자(80) 내부에 설치된다.

이하에서는 첨부된 도 5를 참고하면서 본 발명의 대기오염 측정 분석을 위한 전처리 방법에 관하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 전처리 방법은, 연소가스 유입관(70)으로 연소가스를 유입시키는 제1단계(100); 유입된 연소가스를 파이프 다발(40)로 분배시키는 제2단계(200); 상기 분배된 가스를 냉각하여 연소가스에 함유된 수분을 결정화시키는 제3단계(300); 및 상기 결정화된 수분 입자가 파이프 다발(40) 내부 벽면에 부착되는 제4단계(400); 가온된 가스를 유입시켜 상기 파이프 다발(40) 내부 벽면에 부착된 결정화된 수분 입자를 용해시키는 제5단계(500); 및 용해된 수분을 외부로 배출시키는 제6단계(600)를 포함하도록 구성된다.

상기 전처리 방법의 구성을 상세히 설명하면, 대기오염 측정 분석시 방해물질로 작용하는 연소가스에 함유된 수분을 제거하기 위하여 연소가스 유입관(70)으로 측정하고자 하는 연소가스를 유입시킨다.

그러면 연소가스는 상기 냉온블록(20)과 상기 냉블록(30)의 원통부에 삽입 장착되며 상기 연소가스 분배부(10)와 연통된 다수개의 파이프가 집합되어 있는 상기 파이프 다발(40)에 골고루 분배되어 이동하게 된다.

이때 냉온블록(20) 외측면에 구비된 냉각부재와 가온부재를 구동시켜 연소가스의 온도가 소정 범위에 해당되도록 조절한 후, 냉블록(30) 외측의 냉각부재를 가동하여 연소가스를 냉각한다.

여기서, 냉온블록(20)은 유입되는 연소가스의 온도를 70 ± 10℃로 유지시키도록 냉각부재와 가온부재가 가변적으로 작동되고, 냉블록(30)에서는 연소가스의 온도를 -20 ± 10℃로 조절하게 된다.

그러면 전술한 바와 같이, 음페바(Mpemba)효과에 의하여 상기 냉온블록(20)에서 가온된 수분이 냉블록(30)을 통과하면서 수분 결정체를 형성하고, 이러한 수분 결정체는 상기 파이프 다발(40) 내부 벽면에 부착되어 연소가스의 수분이 제거되게 된다.

또한 냉블록(30)을 통과하면서 형성되는 수분 결정체는, 연소가스에 포함된 일부 입자를 포획하면서 결정체를 형성할 수 있고, 또 벽면에 부착된 수분 결정체에 입자가 포획될 수 있어, 연소가스에 포함된 일부 입자의 제거도 기대할 수 있다.

상기 냉온블록(20)에서의 연소가스 온도가 60℃ 미만인 경우에는, 수분이 응축되거나 냉블록(30)과의 온도 차이가 적어 충분한 음페바 효과를 기대하기 어렵고, 연소가스 온도가 80℃ 이상인 경우에는 불필요한 에너지가 소모될 뿐만 아니라 냉블록(30)과의 온도 차이가 적어 역시 충분한 음페바 효과를 기대하기 어렵다.

한편, 냉블록(30)에서의 연소가스 온도가 -10℃이상인 경우에는, 펠티어 내부에서 생성된 얼음결정체 면적이 줄어들고, -30℃이하인 경우에는 목적하는 가스성분의 소실이 발생할 수 있을 뿐만 아니라 에너지가 많이 들어 비효율적이므로 상기 범위로 조절하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 과정을 통하여 생성된 수분 결정체가 상기 파이프 다발(40) 내부 벽면에 지속적으로 부착하게 되면, 상기 파이프 다발(40)의 직경이 감소하게 되어, 상기 연소가스 유입관(70)으로 공급되는 압력이 증가하거나 냉블록(30)의 냉각효율이 저하될 수 있다. 따라서 상기 파이프 다발(40) 내부에 부착된 수분 결정체를 제거할 필요가 있다.

수분 결정체를 제거하기 위해서는 상기 파이프 다발(40) 내부로 고온의 기체를 주입하거나, 상기 냉온블록(20)에서 소정의 온도로 가열한 기체를 주입함으로써 달성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 냉온블록(20)과 냉블록(30) 외측에 냉각부재나 냉온부재를 부가하여 연소가스의 온도를 급격히 냉각시킴으로써 연소 가스 내에 함유된 수분을 제거할 수 있는 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

10 : 연소가스 분배부
11 : 제1개구부
12 : 제2개구부
13 : 습도센서
20 : 냉온블록
21 : 제1냉각 펠티어
22 : 히팅 펠티어
23 : 냉온블록 온도센서
24 : 원통부
30 : 냉블록
31 : 제2냉각 펠티어
32 : 냉블록 온도센서
33 : 원통부
40 : 파이프 다발
50 : 소켓부
60 : 후드
61 : ‘┤’자형 배관
62 : 3방 밸브
63 : 기체 배출구
64 : 액체 배출구
70 : 연소가스 유입관
71 : 유입가스 온도센서
80 : 보호상자
90 : 유리섬유층

Claims

상면의 제1개구부와 하면의 다수개의 제2개구부가 형성되되, 내부는 빈 공간부를 갖는 연소가스 분배부;
상기 연소가스 분배부의 제1개구부에 삽입되며 유입 가스의 온도를 측정하기 위한 유입가스 온도센서가 장착된 연소가스 유입관;
다수개의 천공된 원통부가 형성되며 일측에는 제1냉각 펠티어가 구비되며 타측면에는 히팅 펠티어가 구비되어 파이프 다발로 분배되는 연소가스의 온도를 70 ± 10℃로 유지하는 냉온블록;
상기 냉온블록의 온도를 측정하기 위한 냉온블록 온도센서;
상기 냉온블록의 원통부와 상응되는 원통부가 형성되며, 상기 냉온블록 저부에 위치하며 연소가스의 온도를 -20 ± 10℃의 범위로 냉각하는 제2 냉각 펠티어가 구비된 냉블록;
상기 냉블록의 온도를 측정하기 위한 냉블록 온도센서;
상기 냉온블록과 냉블록의 원통부에 삽입되되, 상측과 하측 말단부 각각이 상기 냉온블록과 냉블록의 외부로 돌출되는 길이로 형성되고, 상측 말단부는 상기 냉온블록을 관통한 후 상기 연소가스 분배부의 제2개구부에 삽입되어 상기 연소가스 분배부 빈 공간부에 위치하는 파이프 다발;
상기 냉블록 외부로 돌출되는 상기 파이프 다발의 하측 말단부를 수용하는 소켓부;
상기 소켓부와 결합되는 후드; 및
상기 후드 저부의 ‘┤’자형 배관과 3방 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치.
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제1항에 있어서, 상기 연소가스 유입관으로 유입되는 가스의 습도를 측정하기 위한 습도센서가 상기 연소가스 분배부 내부에 장착된 것을 특징으로 하는 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 연소가스 분배부, 상기 냉온블록, 상기 냉블록 및 후드를 수용하는 보호상자; 및 상기 보호상자와 상기 연소가스 분배부, 상기 냉온블록, 상기 냉블록 및 후드 사이 공간부에 내장되는 유리섬유층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 장치.
청구항 1, 6 및 7 중 어느 한 항의 전처리 장치를 이용한 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 방법에서,
측정하고자 하는 대기오염물질이 포함된 연소가스를 연소가스 유입관으로 유입시키는 제1단계;
상기 연소가스 유입관으로 유입시킨 연소가스를 파이프 다발로 분배시키는 제2단계;
상기 파이프 다발로부터 분배된 가스를 냉각하여 상기 연소가스에 함유된 수분을 결정화시키는 제3단계; 및
상기 결정화된 수분 입자가 파이프 다발 내부 벽면에 부착되는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 수분을 결정화시키는 제3단계에서는 연소가스에 포함된 입자성 물질은 수분이 결정화될 때, 또는 결정화된 수분에 부착되는 것을 특징으로 하는 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 제4단계 이후에 가온된 가스를 유입시켜 상기 파이프 다발 내부 벽면에 부착된 결정화된 수분 입자를 용해시키는 제5단계; 및
상기 용해된 수분을 외부로 배출시키는 제6단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 파이프 다발로 분배되는 연소가스의 온도를 70 ± 10℃로 조절하는 제2-1단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 방법.
제11항에 있어서,
상기 제3단계에서의 냉각온도는 -20 ± 10℃의 범위인 것을 특징으로 하는 대기오염 측정 분석을 위한 음페바 효과를 이용한 전처리 방법.