KR101776495B1 - 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속동작을 위한 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 대기오염 분석을 위한 수분 전처리 장치에 있어서, 대기오염 분석을 위해 유입되는 기체의 습도를 측정하는 제 1 습도센서(10); 기체의 온도를 제어하기 위한 온도센서(20) 및 가온부(120); 온도제어된 기체로부터 수분을 제거하는 냉각부(150); 냉각부(150)의 압력과 습도를 측정하는 압력센서(30) 및 제 2 습도센서(40); 수분이 제거된 기체를 대기중으로 배출하거나 분석기(170)로 전송하도록 유로를 변경하는 방향전환밸브(160); 및 압력센서(30)와 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호에 기초하여 방향전환밸브(160)를 제어하는 제어부를 제공한다.

Description

대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치 및 그 동작 방법{SWITCHING TYPE MOISTURE PRETREATMENT APPARATUS AND OPERATING METHOD FOR ANALYSING AIR POLLUTANTS}
본 발명은 대기오염 분석을 위한 수분 전처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
대기오염을 분석하기 위해 대기 또는 특정 공기(이하 "대기"라 함)로부터 기체를 유입하여 포집하는 것이 시료 포집장치이다. 이러한 시료포집장치는 분석전에 기체내에 포함된 수분(또는 습기, 물)을 펠티어 트랩으로 제거하여 정확한 분석이 가능하도록 한다.
주지된 바와 같이, 현재 휘발성유기화합물(VOC) 또는 악취물질 등을 포집하여 분석하기 위해서는 자동 분석기를 사용하는 바, 이러한 자동 분석기는 입자상 물질의 농도를 분석함에 있어서, 포집 전·후의 필터의 무게차를 측정하거나 포집된 필터에 빛을 조사한 후, 투과된 빛의 양을 이용하여 계산하였다. 또한, 중금속 등의 성분을 분석하기 위해서는 포집된 필터를 산, 가열 등의 다양한 전처리방법으로 흡착된 중금속을 용해하여 사용하였다.
하지만, 이러한 자동 분석기의 시료 포집단계에서 특히, 휘발성유기화합물(VOC) 또는 악취물질 등의 시료채취 및 분석단계에서 이러한 휘발성유기화합물(VOC) 또는 악취물질 등에 포함된 수분은 시료 분석에 커다란 오차를 제공하게 된다. 특히 수분(H2O)은 극성이 매우 큰 물질이어서 H2S 또는 (CH3)2 CCl2 와 같은 극성이 큰 악취 또는 VOC 물질의 분석에 커다란 장애를 주게 된다. 따라서 시료채취 또는 분석 전에 수분을 처리하여 주는 것은 매우 중요한 일이다.
기존에는 이러한 수분을 제거하기 위하여 펠티어 소자를 사용하였는데, 최저 -30℃까지 기체를 냉각하여 기체내에 포함된 수분을 서리로서 제거하였다. 그런데 이렇게 고상으로 변화된 서리가 기체 유동관 내부에서 계속 성장하여 유동관 내부를 막히게 하는 문제점이 있었다.
특히, 외부 대기에 습도가 높거나 비, 안개 등이 낀 날씨에는 기체내에 수분함유(상대습도)량이 크게 높아진다. 이 경우, 기체 유동관이 서리로 쉽게 막히거나 분석의 정확성이 크게 떨어지게 된다. 따라서, 수분 전처리장치의 계속적인 동작을 위해서는 적절한 시기마다 제상(서리 제거) 동작이 이루어져야 하고, 이에 맞게 동작하는 시스템의 개발이 필요하다.
또한, 필요한 경우에는 제상 동작 중에도 수분 전처리 동작이 이루어질 수 있도록 하는 필요성도 매우 크다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 대기오염 분석을 위해 유입된 기체를 냉각부의 동작 상황에 따라 분석기로 전송하거나 대기중으로 배출할 수 있도록 전환 가능한 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치 및 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은, 냉각부를 병렬 설치하여 수분제거와 제상동작이 교대로 이루어질 수 있는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치 및 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 대기오염 분석을 위한 수분 전처리 장치에 있어서, 대기오염 분석을 위해 유입되는 기체의 습도를 측정하는 제 1 습도센서(10); 기체의 온도를 제어하기 위한 온도센서(20) 및 가온부(120); 온도제어된 기체로부터 수분을 제거하는 냉각부(150); 냉각부(150)의 압력과 습도를 측정하는 압력센서(30) 및 제 2 습도센서(40); 수분이 제거된 기체를 대기중으로 배출하거나 분석기(170)로 전송하도록 유로를 변경하는 방향전환밸브(160); 및 압력센서(30)와 상기 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호에 기초하여 방향전환밸브(160)를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치가 제공된다.
그리고, 냉각부(150)는 펠티어 소자를 포함하고, 그리고 일면에 방열부(155)를 더 포함할 수 있다.
아울러, 제어부는 타이머를 더 포함하고, 압력센서(30)와 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호가 오동작 신호를 출력하는 경우, 제어부는 타이머에 기초하여 방향전환밸브(160)를 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 대기오염 분석을 위한 수분 전처리 장치에 있어서, 대기오염 분석을 위해 유입되는 기체의 습도를 측정하는 제 1 습도센서(10); 기체의 온도를 제어하기 위한 온도센서(20) 및 가온부(120); 온도제어된 기체로부터 수분을 제거하기 위해 병렬 설치되는 제 1, 2 냉각부(240, 250); 온도제어된 기체를 제 1, 2 냉각부(240, 250)중 하나로 전송하도록 유로를 변경하는 제 1 방향전환밸브(220); 제 1, 2 냉각부(240, 250)의 압력과 습도를 측정하는 압력센서 및 제 2 습도센서(40); 수분이 제거된 기체를 대기중으로 배출하거나 분석기(170)로 전송하도록 유로를 변경하는 방향전환밸브(160); 및 압력센서와 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호에 기초하여 제 1 방향전환밸브(220)와 방향전환밸브(160)를 제어하는 제어부(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치가 제공된다.
여기서, 제 1, 2 냉각부(240, 250)중 적어도 하나는 펠티어 소자를 포함하고, 그리고 일면에 방열부(155)를 더 포함한다.
제 1, 2 냉각부(240, 250)와 방향전환밸브(160) 사이에는 제 2 방향전환밸브(230)가 더 설치될 수 있다.
그리고, 압력센서는, 제 1 냉각부(240)에 설치되는 제 1 압력센서(260); 및 제 2 냉각부(250)에 설치되는 제 2 압력센서(270);인 것이 바람직하다.
제어부(300)는 타이머(320)를 더 포함하고, 압력센서와 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호가 오동작 신호를 출력하는 경우, 제어부(300)는 타이머(320)에 기초하여 제 1 방향전환밸브(220)와 방향전환밸브(160)를 제어하는 것이 가장 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 본 발명의 또 다른 카테고리로서, 제 1 습도센서(10)가 대기오염 분석을 위해 유입되는 기체의 습도를 측정하고, 온도센서(20)가 상기 기체의 온도를 측정하는 단계;
제어부(300)가 제 1 습도센서(10) 및 온도센서(20)중 적어도 하나의 출력신호에 기초하여 기체의 온도를 제어하도록 가온부(120)를 동작시키는 단계;
제어부(300)가 병렬 설치된 제 1, 2 냉각부(240, 250)의 압력센서와 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호에 기초하여 제 1 방향전환밸브(220)를 제어하는 단계;
제 1 방향전환밸브(220)에 의해 전환된 제 1, 2 냉각부(240, 250)중 하나에서 기체의 수분이 제거되는 단계;
제어부(300)가 압력센서와 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호에 기초하여 방향전환밸브(160)를 제어하는 단계; 및
방향전환밸브(160)에 의해 전환된 유로를 따라 수분이 제거된 기체가 대기중으로 배출되거나 분석기(170)로 전송되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치의 동작방법에 의해 달성될 수도 있다.
그리고, 제 1 방향전환밸브(220)의 제어단계는, 제 1 냉각부(240)의 압력을 측정하는 제 1 압력센서(260)가 기준압력 이상이면, 제 1 방향전환밸브(220)를 제 2 냉각부(250)로 전환하는 단계; 및 제 1 냉각부(240)를 제상하는 단계를 더 포함하고,
제 2 냉각부(250)의 압력을 측정하는 제 2 압력센서(270)가 기준압력 이상이면, 제 1 방향전환밸브(220)를 제 1 냉각부(240)로 전환하는 단계; 및 제 2 냉각부(250)를 제상하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 제 1, 2 냉각부(240, 250)중 적어도 하나는 펠티어 소자를 포함하고, 펠티어 소자에 의해 수분을 제거하거나 제상한다.
또한, 기체의 배출 또는 전송단계는, 제 2 습도센서(40)가 기준습도 이상이면, 방향전환밸브(160)를 전환하여 기체를 대기중으로 배출하고, 그렇지 않으면 방향전환밸브(160)를 전환하여 기체를 분석기(170)로 전송하는 단계일 수 있다.
또한, 압력센서(30)와 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호가 오동작 신호를 출력하는 경우, 제어부(300)는 타이머(320)에 기초하여 제 1 방향전환밸브(220) 및 방향전환밸브(160)를 제어하는 단계를 더 포함한다.
아울러, 제 1, 2 냉각부(240, 250)의 전후에 설치된 제 1, 2 방향전환밸브(220, 230)는 동일하게 제어될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 대기오염 분석을 위해 유입된 기체를 냉각부의 동작 상황에 따라 분석기로 전송하거나 대기중으로 배출할 수 있다. 따라서, 수분 전처리 장치의 고장을 방지하고, 수분 제거 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 정확한 대기오염 기체의 분석이 가능하다.
또한, 냉각부를 병렬 설치하여 수분제거와 제상동작이 교대로 이루어짐으로써 연속 운전 동작이 가능한 장점이 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치의 개략적인 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 수분 전처리장치의 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구성을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
본 출원에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
제 1 실시예의 구성
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치의 개략적인 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유입관(100)의 입구측에는 유입되는 기체의 습도를 측정하기 위한 제 1 습도센서(10)가 구비되고, 중간영역에는 가온부(120)가 설치된다. 온도센서(20)는 가온부(120)내 또는 인근에 설치되어 가온된 기체의 온도를 측정한다.
가온부(120)는 유입되는 기체의 온도를 높이기 위한 것으로, 유입관(100)의 둘레에 설치되는 히터가 대표적인 예이다.
커넥터(130)는 유입관(100)과 제습관(140)을 연결하는 관이음으로, 열전달을 차단하기 위한 단열 소재(예 : 테프론, 합성수지 등)로 제작된다. 이러한 커넥터(130)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
제습관(140)의 둘레에는 냉각부(150)가 위치하고, 냉각부(150)의 후단이나 인근에는 제습관(140)의 압력을 측정하기 위한 압력센서(30), 제습관(140)내의 습도를 측정하기 위한 제 2 습도센서(40)가 설치된다. 냉각부(150)는 펠티어 소자로 이루어져 있고, 펠티어 소자의 일측에는 방열을 위한 방열부(155)가 구성된다. 펠티어 소자는 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용하여 특정 국소 부위를 냉각하기 위한 장치로서, 두개의 서로 다른 금속선의 양끝을 접합한 다음 회로에 직류를 인가하면 한쪽 접합부에서 흡열, 다른쪽 접합부에서 발열이 일어나는 현상이다. 만약 전류의 방향을 반대로 하면 흡열과 발열이 반대로 일어나게 된다. 이는 일종의 히트 펌핑(Heat Pumping) 현상으로서 전자 냉각의 원리이다. 이러한 펠티어 소자를 이용하면 특정 국소부위의 온도를 원하는 온도로 정확하게 유지할 수 있다.
그리고, 방열부(155)의 일예로는 단면적이 크고, 열전달이 쉬운 금속(예 : 구리 또는 알루미늄)으로 제작된 라디에이터가 될 수 있다.
방향전환밸브(160)는 냉각부(150)를 통과한 기체를 분석기(170)로 전송하거나 대기중으로 배출하기 위한 밸브 구성이다. 분석기(170)는 기체내에 포함된 오염물질을 측정하여 오염정도를 분석하기 위한 것(예 : 가스크로마토그래피)으로 공지의 구성이다. 배출관(180)은 일단이 방향전환밸브(160)에 연결되고, 타단이 대기중에 노출되어 있다. 이러한 방향전환밸브(160)는 제어부(300)의 제어신호에 따라 유로를 전환할 수 있다.
제 2 실시예의 구성
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치의 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 수분 전처리장치의 블럭도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유입관(100)의 입구측에는 유입되는 기체의 습도를 측정하기 위한 제 1 습도센서(10)가 구비되고, 중간영역에는 가온부(120)가 설치된다. 온도센서(20)는 가온부(120)내 또는 인근에 설치되어 가온된 기체의 온도를 측정한다.
가온부(120)는 유입되는 기체의 온도를 높이기 위한 것으로, 유입관(100)의 둘레에 설치되는 히터가 대표적인 예이다.
제 1 방향전환밸브(220)는 입력측에 유입관(100)이 연결되고, 제 1 출구측에는 제 1 제습관(200)이 연결되고, 제 2 출구측에는 제 2 제습관(210)이 연결된다. 이러한 제 1 방향전환밸브(220)는 제어부(300)의 제어신호에 따라 유입관(100)과 제 1 제습관(200)을 연결하고 제 2 제습관(210)을 차단하거나, 유입관(100)과 제 2 제습관(210)을 연결하고 제 1 제습관(200)을 차단하는 전환동작을 한다.
제 1 제습관(200)은 제 1 방향전환밸브(220)와 제 2 방향전환밸브(230) 사이에 연결되고, 제 2 제습관(210)은 제 1 제습관(200)과 병렬로 배치되어 제 1 방향전환밸브(220)와 제 2 방향전환밸브(230) 사이에 연결된다.
제 1 제습관(200)의 둘레에는 제 1 냉각부(240)가 위치하고, 제 1 냉각부(240)의 후단이나 인근에는 제 1 제습관(200)의 압력을 측정하기 위한 제 1 압력센서(260), 제 1 제습관(200)내의 습도를 측정하기 위한 제 2 습도센서(40)가 설치된다. 제 1 냉각부(240)는 펠티어 소자로 이루어져 있고, 펠티어 소자의 일측에는 방열을 위한 제 1 방열부(245)가 구성된다. 제 1 방열부(245)의 일예로는 단면적이 크고, 열전달이 쉬운 금속(예 : 구리 또는 알루미늄)으로 제작된 라디에이터가 될 수 있다. 이러한 제 1, 2 냉각부(240, 250)의 구성은 제 1 실시예의 냉각부(150) 구성과 동일 또는 유사하다.
제 2 제습관(210)의 둘레에는 제 2 냉각부(250)가 위치하고, 제 2 냉각부(250)의 후단이나 인근에는 제 2 제습관(210)의 압력을 측정하기 위한 제 2 압력센서(270), 제 1 제습관(200) 또는 제 2 제습관(210)내의 습도를 측정하기 위한 제 2 습도센서(40)가 설치된다. 제 2 냉각부(250)는 펠티어 소자로 이루어져 있고, 펠티어 소자의 일측에는 방열을 위한 제 2 방열부(255)가 구성된다. 제 2 방열부(255)의 일예로는 단면적이 크고, 열전달이 쉬운 금속(예 : 구리 또는 알루미늄)으로 제작된 라디에이터가 될 수 있다.
제 2 방향전환밸브(230)는 제 1 방향전환밸브(220)와 동일 또는 유사한 구성이고, 제어부(300)의 동작 신호에 따라 동일하게 동작될 수 있다.
방향전환밸브(160)는 제 1 또는 제 2 냉각부(240, 250)를 통과한 기체를 분석기(170)로 전송하거나 대기중으로 배출하기 위한 밸브 구성이다. 분석기(170)는 기체내에 포함된 오염물질을 측정하여 오염정도를 분석하기 위한 것(예 : 가스크로마토그래피)으로 공지의 구성이다. 배출관(180)은 일단이 방향전환밸브(160)에 연결되고, 타단이 대기중에 노출되어 있다. 이러한 방향전환밸브(160)는 제어부(300)의 제어신호에 따라 유로를 전환할 수 있다.
제어부(300)는 마이컴, CPU와 같은 구성으로 실제로는 컴퓨터가 될 수 있다. 제어부(300)는 제 1, 2 습도센서(10, 40), 온도센서(20), 제 1, 2 압력센서(260, 270)와 연결되어 측정된 신호를 입력으로 받아 들인다.
제어부(300)는 제 1, 2 방향전환밸브(220, 230), 방향전환밸브(160), 가온부(120), 제 1, 2 냉각부(240, 250)와 연결되어 필요한 제어동작을 각각 전송할 수 있다.
타이머(320)는 제어부(300)내의 프로그램 구성으로서 주어진 시간(예 : 1분, 10분, 30분 등)마다 제어부(300)에 동작 신호를 전달할 수 있다.
제 1 실시예의 동작
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예를 첨부도면을 참조하여 구체적인 동작 방법을 설명하도록 한다. 제 1 실시예는 분석시간이 약 1시간 이내이고, 연속 모니터링이 필요하지 않을 때 적합하다.
먼저, 처음으로 기기를 작동시켰을 때, 초기에 대기오염 분석을 위한 기체가 유입관(100)으로 들어온다. 제 1 습도센서(10)는 유입관(100)내의 기체에 대한 습도를 측정하여 기준습도(예 : 저습도) 이하인지를 판단한다. 유입되는 기체가 기준습도를 초과하여 많은 수분을 포함하고 있는 경우(예 : 비가 오거나 안개 등) 냉각부(150)에서 냉각시 제습관(140)이 바로 막혀 버리기 때문에 제습없이 곧바로 배출관(180)을 통해 대기중으로 배출하는 것이 바람직하다.
그 다음, 가온부(120)는 유입관(100) 내로 유입되는 기체의 온도가 60℃ 미만일 경우 60 ~ 80℃가 되도록 가열한다. 제어부(300)는 온도센서(20)의 출력신호에 기초하여 60 ~ 80℃를 유지하도록 가온부(120)를 ON/OFF 제어한다. 커넥터(130)는 이와 같은 가온부(120)의 온도가 냉각부(150)로 전달되는 것을 차단한다.
그 다음, 냉각부(150)는 펠티어 소자의 동작에 의해 -30℃까지 기체를 냉각시킨다. 이 과정에서 제습관(140) 내부에 있는 기체중 수분이 서리로 변하여 제습관(140) 내부에 부착된다. 펠티어 소자의 특성상 일측이 냉각되기 위해서는 타측이 고온부를 형성해야 한다. 따라서, 이러한 고온 영역을 냉각하기 위해 방열부(155)에서 냉각이 이루어진다.
압력센서(30)는 냉각부(150) 영역의 제습관(140)내의 압력을 측정한다. 만약 서리가 많이 부착되어 단면이 줄어드는 경우 기체의 흐름이 느려지고 이에 따라 내부 압력이 증가한다. 반대로, 서리가 많이 부착되지 않으면 기체의 흐름이 빨라져서 내부 압력이 감소한다. 압력센서(30)는 이러한 압력의 변화를 감지하여 제습관(140) 내부의 상태를 예측할 수 있도록 한다. 따라서, 제어부(300)는 압력센서(30)의 측정압력이 기준압력 이상이 되면 제습 과정을 정지하고 냉각부(150)를 제상 모드로 전환하여 축적된 서리를 제거하게 된다. 구체적으로는 냉각부(150)내의 내재된 히터를 동작시켜 서리를 녹일 수도 있고, 펠티어 소자를 역동작시켜 냉각부(150)를 고온으로 전환할 수 있다. 이러한 가열과 함께 송풍을 병행하여 녹은 수분을 대기중으로 신속히 배출시킨다.
제 2 습도센서(40)는 냉각부(150)를 통해 수분이 제거된 기체의 습도를 측정한다. 제어부(300)는 제 2 습도센서(40)의 측정 습도값이 기준값 이상이면 분석할 수 없다고 판단하여 방향전환밸브(160)를 제어하여 기체를 대기중으로 배출한다. 그리고, 제 2 습도센서(40)의 측정 습도값이 기준값 미만이면 분석 가능하다고 판단하여 기체를 분석기(170)측으로 전송한다.
각종 센서가 기기적 오류로 오작동할 수 있다. 이 경우에는 제어부(300)가 타이머(320)의 스위칭 주기(예 : 5분, 10분 등) 마다 기체를 분석기(170)로 보내고, 나머지는 배출하도록 동작한다. 이러한 타이머(320) 동작 중 고장난 부분을 수리하거나 교체할 수 있다.
특히, 제어부(300)는 방향전환밸브(160)를 간헐적으로 동작시켜 기체를 분석기(170) 측으로 전송하고, 그 외에는 대기중으로 배출하도록 한다.
제 2 실시예의 동작
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예를 첨부도면을 참조하여 구체적인 동작 방법을 설명하도록 한다. 제 2 실시예는 분석시간이 약 5분 이하이고, 연속적인 모니터링이 필요할 때 또는 한쪽이 고장일 때 적합하다. 참고로, 굴뚝의 배기가스인 경우 5분 간격으로 CO, NO, SO2 등을 모니터링 하도록 법제화되어 있다.
먼저, 대기오염 분석을 위한 기체가 유입관(100)으로 들어온다. 제 1 습도센서(10)는 유입관(100)내의 기체에 대한 습도를 측정하여 기준습도(예 : 저습도) 이하인지를 판단한다. 유입되는 기체가 기준습도를 초과하여 많은 수분을 포함하고 있는 경우(예 : 비가 오거나 안개 등) 냉각부(150)에서 냉각시 제습관(140)이 바로 막혀 버리기 때문에 제습없이 곧바로 배출관(180)을 통해 대기중으로 배출하는 것이 바람직하다.
그 다음, 가온부(120)는 유입관(100) 내로 유입되는 기체의 온도가 60℃ 미만일 경우에 60 ~ 80℃가 되도록 가열한다. 제어부(300)는 온도센서(20)의 출력신호에 기초하여 60 ~ 80℃를 유지하도록 가온부(120)를 ON/OFF 제어한다.
제 1 방향전환밸브(220)는 제어부(300)의 제어에 따라 유입관(100)을 제 1 제습관(200)과 연결하거나 또는 제 2 제습관(210)과 연결하도록 동작한다.
그 다음, 제 1 냉각부(240)는 펠티어 소자의 동작에 의해 -30℃까지 기체를 냉각시킨다. 이 과정에서 제 1 제습관(200) 내부에 있는 기체중 수분이 서리로 변하여 제 1 제습관(200) 내부에 부착된다. 펠티어 소자의 특성상 일측이 냉각되기 위해서는 타측이 고온부를 형성해야 한다. 따라서, 이러한 고온 영역을 냉각하기 위해 제 1 방열부(245)에서 냉각이 이루어진다.
제 1 압력센서(260)는 제 1 냉각부(240) 영역의 제 1 제습관(200)내의 압력을 측정한다. 만약 서리가 많이 부착되어 단면이 줄어드는 경우 기체의 흐름이 느려지고 이에 따라 내부 압력이 증가한다. 반대로, 서리가 많이 부착되지 않으면 기체의 흐름이 빨라져서 내부 압력이 감소한다. 제 1 압력센서(260)는 이러한 압력의 변화를 감지하여 제 1 제습관(200) 내부의 상태를 예측할 수 있도록 한다. 따라서, 제어부(300)는 제 1 압력센서(260)의 측정압력이 기준압력 이상이 되면 제습 과정을 정지하고 제 1 냉각부(240)를 제상 모드로 전환하여 축적된 서리를 제거하게 된다. 구체적으로는 제 1 냉각부(240)내의 내재된 히터를 동작시켜 서리를 녹일 수도 있고, 펠티어 소자를 역동작시켜 제 1 냉각부(240)를 고온으로 전환할 수 있다. 이러한 가열과 함께 송풍을 병행하여 녹은 수분을 대기중으로 신속히 배출시킨다.
제 2 제습관(210), 제 2 냉각부(250), 제 2 방열부(255) 및 제 2 압력센서(270)의 동작은 앞서 설명한 제 1 제습관(200), 제 1 냉각부(240), 제 1 방열부(245) 및 제 1 압력센서(260)의 동작과 각각 유사하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 다만, 연속 동작을 위해 제 1 냉각부(240)에서 제습이 이루어지는 동안 제 2 냉각부(250)에서는 제상이 이루어질 수 있고, 반대로 제 1 냉각부(240)에서 제상이 이루어지는 동안 제 2 냉각부(250)에서는 제습이 이루어질 수 있다.
제 2 방향전환밸브(230)는 제어부(300)에 의해 동작되며, 제 1 방향전환밸브(220)와 동일하게 동작된다.
제 2 습도센서(40)는 제 1 냉각부(240) 또는 제 2 냉각부(250)를 통해 수분이 제거된 기체의 습도를 측정한다. 제어부(300)는 제 2 습도센서(40)의 측정 습도값이 기준값 이상이면 분석할 수 없다고 판단하여 방향전환밸브(160)를 제어하여 기체를 대기중으로 배출한다. 그리고, 제 2 습도센서(40)의 측정 습도값이 기준값 미만이면 분석 가능하다고 판단하여 기체를 분석기(170)측으로 전송한다.
각종 센서가 기기적 오류로 오작동할 수 있다. 이 경우에는 제어부(300)가 타이머(320)의 스위칭 주기(예 : 5분, 10분 등) 마다 기체를 분석기(170)로 보내고, 나머지는 배출하도록 동작한다. 이러한 타이머(320) 동작 중 고장난 부분을 수리하거나 교체할 수 있다.
특히, 제어부(300)는 방향전환밸브(160)를 간헐적으로 동작시켜 기체를 분석기(170) 측으로 전송하고, 그 외에는 대기중으로 배출하도록 한다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.
10 : 제 1 습도센서,
20 : 온도센서,
30 : 압력센서,
40 : 제 2 습도센서,
100 : 유입관,
120 : 가온부,
130 : 커넥터,
140 : 제습관,
150 : 냉각부,
155 : 방열부,
160 : 방향전환밸브,
170 : 분석기,
180 : 배출관,
200 : 제 1 제습관,
210 : 제 2 제습관,
220 : 제 1 방향전환밸브,
230 : 제 2 방향전환밸브,
240 : 제 1 냉각부,
245 : 제 1 방열부,
250 : 제 2 냉각부,
255 : 제 2 방열부,
260 : 제 1 압력센서,
270 : 제 2 압력센서,
300 : 제어부,
320 : 타이머.

Claims (14)

  1. 대기오염 분석을 위한 수분 전처리 장치에 있어서,
    대기오염 분석을 위해 유입되는 기체의 습도를 측정하는 제 1 습도센서(10);
    상기 기체의 온도를 제어하기 위한 온도센서(20) 및 가온부(120);
    상기 온도센서(20)에 의해 온도제어된 기체로부터 수분을 제거하는 냉각부(150);
    상기 냉각부(150)의 압력과 습도를 측정하는 압력센서(30) 및 제 2 습도센서(40);
    수분이 제거된 기체를 대기중으로 배출하거나 분석기(170)로 전송하도록 유로를 변경하는 방향전환밸브(160); 및
    상기 압력센서(30)와 상기 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호에 기초하여 상기 방향전환밸브(160)를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 타이머를 더 포함하며,
    상기 압력센서(30)와 상기 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호가 오동작 신호를 출력하는 경우, 상기 제어부는 상기 타이머에 기초하여 상기 방향전환밸브(160)를 제어하는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각부(150)는 펠티어 소자를 포함하고, 그리고
    일면에 방열부(155)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치.
  3. 삭제
  4. 대기오염 분석을 위한 수분 전처리 장치에 있어서,
    대기오염 분석을 위해 유입되는 기체의 습도를 측정하는 제 1 습도센서(10);
    상기 기체의 온도를 제어하기 위한 온도센서(20) 및 가온부(120);
    상기 온도센서(20)에 의해 온도제어된 기체로부터 수분을 제거하기 위해 병렬 설치되는 제 1, 2 냉각부(240, 250);
    상기 온도제어된 기체를 상기 제 1, 2 냉각부(240, 250)중 하나로 전송하도록 유로를 변경하는 제 1 방향전환밸브(220);
    상기 제 1, 2 냉각부(240, 250)의 압력과 습도를 측정하는 압력센서 및 제 2 습도센서(40);
    수분이 제거된 기체를 대기중으로 배출하거나 분석기(170)로 전송하도록 유로를 변경하는 방향전환밸브(160); 및
    상기 압력센서와 상기 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호에 기초하여 상기 제 1 방향전환밸브(220)와 상기 방향전환밸브(160)를 제어하는 제어부(300)를 포함하고,
    상기 제어부(300)는 타이머(320)를 더 포함하며,
    상기 압력센서와 상기 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호가 오동작 신호를 출력하는 경우, 상기 제어부(300)는 상기 타이머(320)에 기초하여 상기 제 1 방향전환밸브(220)와 상기 방향전환밸브(160)를 제어하는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 냉각부(240, 250)중 적어도 하나는 펠티어 소자를 포함하고, 그리고 일면에 방열부(155)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 냉각부(240, 250)와 상기 방향전환밸브(160) 사이에는 제 2 방향전환밸브(230)가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 압력센서는,
    상기 제 1 냉각부(240)에 설치되는 제 1 압력센서(260); 및
    상기 제 2 냉각부(250)에 설치되는 제 2 압력센서(270);인 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 습도센서(10)가 대기오염 분석을 위해 유입되는 기체의 습도를 측정하고, 온도센서(20)가 상기 기체의 온도를 측정하는 단계;
    제어부(300)가 상기 제 1 습도센서(10) 및 온도센서(20)중 적어도 하나의 출력신호에 기초하여 상기 기체의 온도를 제어하도록 가온부(120)를 동작시키는 단계;
    상기 제어부(300)가 병렬 설치된 제 1, 2 냉각부(240, 250)의 압력센서와 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호에 기초하여 제 1 방향전환밸브(220)를 제어하는 단계;
    상기 제 1 방향전환밸브(220)에 의해 전환된 상기 제 1, 2 냉각부(240, 250)중 하나에서 상기 기체의 수분이 제거되는 단계;
    상기 제어부(300)가 상기 압력센서와 상기 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호에 기초하여 방향전환밸브(160)를 제어하는 단계; 및
    상기 방향전환밸브(160)에 의해 전환된 유로를 따라 수분이 제거된 상기 기체가 대기중으로 배출되거나 분석기(170)로 전송되는 단계;를 포함하고,
    상기 압력센서(30)와 상기 제 2 습도센서(40)중 적어도 하나의 출력신호가 오동작 신호를 출력하는 경우, 상기 제어부(300)는 타이머(320)에 기초하여 상기 제 1 방향전환밸브(220) 및 상기 방향전환밸브(160)를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치의 동작방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 방향전환밸브(220)의 제어단계는,
    상기 제 1 냉각부(240)의 압력을 측정하는 제 1 압력센서(260)가 기준압력 이상이면,
    상기 제 1 방향전환밸브(220)를 제 2 냉각부(250)로 전환하는 단계; 및
    상기 제 1 냉각부(240)를 제상하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 2 냉각부(250)의 압력을 측정하는 제 2 압력센서(270)가 기준압력 이상이면,
    상기 제 1 방향전환밸브(220)를 제 1 냉각부(240)로 전환하는 단계; 및
    상기 제 2 냉각부(250)를 제상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치의 동작방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 냉각부(240, 250)중 적어도 하나는 펠티어 소자를 포함하고,
    상기 펠티어 소자에 의해 상기 수분을 제거하거나 제상하는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치의 동작방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 기체의 배출 또는 전송단계는,
    상기 제 2 습도센서(40)가 기준습도 이상이면, 상기 방향전환밸브(160)를 전환하여 상기 기체를 대기중으로 배출하고,
    그렇지 않으면 상기 방향전환밸브(160)를 전환하여 상기 기체를 상기 분석기(170)로 전송하는 단계인 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치의 동작방법.
  13. 삭제
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 냉각부(240, 250)의 전후에 설치된 제 1, 2 방향전환밸브(220, 230)는 동일하게 제어되는 것을 특징으로 하는 대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치의 동작방법.
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