KR101791155B1 - Apparatus and Method for Analysis of Ortho- and Para-Hydrogen - Google Patents

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Abstract

분석 대상 수소 가스 및 레퍼런스 수소 가스 간의 가스 유량 차이 또는 열전도도 차이 중 하나 이상을 측정하고, 이 측정값으로부터 분석 대상 가스의 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치 및 방법을 제공한다. 이에 따라, 예컨대 상온과 같은 온화한 온도조건에서 열전도도 분석기나 가스 유량 측정기와 촉매 반응기를 이용하게 되므로 장비 자체가 극저온 조건 등이 되지 않아도 되어 온화한 온도 조건에서 오르쏘 및 파라 수소 비율을 실시간으로 용이하게 측정할 수 있다. 또한, 장치가 단순하여 경제성과 휴대성을 높일 수 있다.An ortho and para hydrogen analyzer and method for measuring at least one of a difference in gas flow rate or a difference in thermal conductivity between a hydrogen gas to be analyzed and a reference hydrogen gas and analyzing the ratio of ortho and para hydrogen of the gas to be analyzed from the measured value . Accordingly, since a thermal conductivity analyzer, a gas flow meter, and a catalytic reactor are used under a mild temperature condition such as room temperature, the equipment itself does not become a cryogenic temperature condition, and orthos and para hydrogen ratios can be easily made in real time under mild temperature conditions Can be measured. In addition, the device is simple and economical and portable.

Description

오르쏘 및 파라 수소 분석 장치 및 방법{Apparatus and Method for Analysis of Ortho- and Para-Hydrogen}[0001] The present invention relates to an ortho and para hydrogen analyzer,

본 명세서는 수소 가스 중 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 휴대용으로 실시간으로 측정할 수 있는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ortho and parahydrogen analysis apparatus and method capable of measuring the ratio of ortho and para hydrogen among hydrogen gas in a portable manner in real time.

수소는 상온(300K)에서 오르쏘(ortho) 수소와 파라(para) 수소의 비가 3:1로 구성되어 있는 고유한 특성을 가지고 있는데, 액화수소 제조 등 수소 활용 목적에 따라 수소 내의 오르쏘(ortho) 수소와 파라(para) 수소의 비율을 변화시킬 필요가 있다.Hydrogen has a unique characteristic that the ratio of ortho hydrogen to para hydrogen is 3: 1 at room temperature (300K), and hydrogen is produced in ortho ) It is necessary to change the ratio of hydrogen to para hydrogen.

이에 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하여 실시간 모니터링할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to monitor the ratio of ortho and para hydrogen to monitor in real time.

오르쏘 및 파라 수소 분석 기술로서, 가스크로마토그래피/열전도도검출기를 이용한 분석기술이 개시되어 있다(특허문헌 1).As an orthos and para hydrogen analysis technique, an analytical technique using a gas chromatography / thermal conductivity detector has been disclosed (Patent Document 1).

그러나, 본 발명자들의 연구 결과에 의하면, 이러한 방법은 열전도도검출기와 함께 컬럼이 필요하고, 컬럼 온도 즉 분석 장비 자체를 -195℃로 유지하기 위한 냉각 장치가 필요하며, 운반 가스(헬륨)가 필요한 등 장치가 복잡하고 비경제적이며, 실시간 측정에 적합하지 않을 뿐만 아니라 현장에 휴대하기 어려운 단점이 있다.However, according to the results of our studies, this method requires a column with a thermal conductivity detector and requires a cooling device to maintain the column temperature, i.e. the analytical instrument itself, at -195 ° C and a carrier gas (helium) Etc., are complicated and uneconomical, are not suitable for real-time measurement, and are difficult to carry on the spot.

일본특허출원공개 제1988-103960호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 1988-103960

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 온화한 온도조건에서 실시간으로 측정이 가능하며, 장치가 단순하여 휴대용 분석이 가능한 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치 및 방법을 제공하고자 한다.Exemplary embodiments of the present invention provide an ortho and para hydrogen analyzer and method that can be measured in real time under mild temperature conditions and are simple and portable.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 일측면에서, 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 장치로서, 분석 대상 수소 가스 및 레퍼런스 수소 가스 간의 가스 유량 차이 또는 열전도도 차이 중 하나 이상을 측정하고, 이 측정값으로부터 분석 대상 가스의 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치를 제공한다.In an exemplary embodiment of the present invention, in one aspect, an apparatus for analyzing the ratio of ortho and para hydrogen, comprising: measuring at least one of a gas flow rate difference or a thermal conductivity difference between a hydrogen gas to be analyzed and a reference hydrogen gas, And an ortho and para hydrogen analyzer for analyzing the ratio of ortho and para hydrogen of the gas to be analyzed from the measured values.

예시적인 일 구현예에서, 상기 장치는, 분석 대상 수소 가스 공급부; 상기 분석 대상 수소 가스 공급부에 연결되고 분석 대상 수소 가스와 레퍼런스 수소 가스의 열전도도를 각각 측정하는 열전도도 측정기; 상기 열전도도 측정기에 연결되고 오르쏘 수소를 파라 수소로 변환하는 촉매 반응기; 및 상기 열전도도 측정기에 연결되고 분석 대상 가스와 레퍼런스 수소 간의 열전도도 차이로부터 오르쏘 및 파라 수소 비율을 분석하는 분석기;를 포함하고, 상기 열전도도 측정기는 분석 대상 수소 가스가 열전도도 측정기를 통과 시 분석 대상 수소 가스의 열전도도를 측정하고, 열전도도 측정기를 통과한 분석 대상 수소 가스가 상기 촉매 반응기를 통과해 상기 레퍼런스 수소 가스로 되며, 상기 열전도도 측정기는 상기 레퍼런스 수소 가스가 열전도도 측정기를 통과할 때 레퍼런스 수소 가스의 열전도도를 측정하고, 상기 분석기는 상기 열전도도도 측정기로부터 측정된 분석 대상 수소 가스의 열전도도 및 레퍼런스 수소 가스의 열전도도 차이로부터 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석할 수 있다.In one exemplary embodiment, the apparatus comprises: a subject hydrogen gas supply; A thermal conductivity meter connected to the target hydrogen gas supply unit for measuring the thermal conductivity of the hydrogen gas to be analyzed and the reference hydrogen gas, respectively; A catalytic reactor connected to the thermal conductivity meter and converting ortho-hydrogen to para-hydrogen; And an analyzer connected to the thermal conductivity meter and analyzing the ratio of ortho and para hydrogen from the difference in thermal conductivity between the gas to be analyzed and the reference hydrogen, The hydrogen gas to be analyzed is measured and the hydrogen gas to be analyzed which has passed through the thermal conductivity measuring instrument passes through the catalytic reactor to become the reference hydrogen gas, and the thermal conductivity measuring instrument measures the thermal conductivity of the reference hydrogen gas passing through the thermal conductivity meter The analyzer can analyze the ratio of ortho and para hydrogen from the thermal conductivity of the hydrogen gas to be analyzed and the thermal conductivity difference of the reference hydrogen gas measured from the thermal conductivity meter have.

예시적인 일 구현예에서, 상기 장치는, 분석 대상 수소 가스 공급부; 레퍼런스 수소 가스 공급부; 상기 분석 대상 수소 가스 공급부 및 레퍼런스 수소 가스 공급부에 연결되고 분석 대상 수소 가스와 레퍼런스 수소 가스의 열전도도를 각각 측정하는 열전도도 측정기; 및 분석 대상 가스와 레퍼런스 수소 가스 간의 열전도도 차이로부터 오르쏘 및 파라 수소 비율을 분석하는 분석기;를 포함할 수 있다. In one exemplary embodiment, the apparatus comprises: a subject hydrogen gas supply; A reference hydrogen gas supply unit; A thermal conductivity meter connected to the target hydrogen gas supply unit and the reference hydrogen gas supply unit and measuring the thermal conductivity of the hydrogen gas to be analyzed and the reference hydrogen gas, respectively; And an analyzer for analyzing the ratio of ortho and para hydrogen from the difference in thermal conductivity between the gas to be analyzed and the reference hydrogen gas.

예시적인 일 구현예에서, 상기 장치는, 분석 대상 수소 가스의 유량을 측정하는 제1 가스 유량 측정기; 상기 분석 대상 수소 가스에 연결되고 분석 대상 수소 가스가 유입되며 오르쏘 수소를 파라 수소로 변환하는 촉매 반응기; 상기 촉매 반응기에 연결되고, 촉매 반응기를 통과한 레퍼런스 수소 가스의 유량을 측정하는 제2 가스 유량 측정기; 및 상기 제1 및 제 2 가스 유량 측정기들에 연결되고, 분석 대상 수소 가스와 레퍼런스 수소 가스 간의 가스 유량 차이로부터 분석 대상 수소 가스 중의 오르쏘 수소 및 파라 수소 비율을 분석하는 분석기;를 포함하고, 상기 분석 대상 수소 가스는 촉매 반응기를 통과해 레퍼런스 수소 가스가 되는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the apparatus comprises: a first gas flow meter for measuring a flow rate of hydrogen gas to be analyzed; A catalytic reactor connected to the hydrogen gas to be analyzed, into which hydrogen gas to be analyzed flows and converts ortho hydrogen to para hydrogen; A second gas flow meter connected to the catalytic reactor and measuring a flow rate of the reference hydrogen gas passed through the catalytic reactor; And an analyzer connected to the first and second gas flow meters for analyzing the ortho and para hydrogen ratios in the subject hydrogen gas from the gas flow rate difference between the subject hydrogen gas and the reference hydrogen gas, The hydrogen gas to be analyzed may be the reference hydrogen gas passing through the catalytic reactor.

예시적인 일 구현예에서, 상기 분석 대상 수소 가스 공급부는 수소를 제공하는 펌프; 제공된 수소로부터 불순물을 필터링하는 필터; 및 제공된 수소의 가스 압을 조절하는 가스 압력 조절기(regulator);를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the analysis target hydrogen gas supply unit includes a pump for providing hydrogen; A filter for filtering impurities from the provided hydrogen; And a gas pressure regulator for regulating the gas pressure of the provided hydrogen.

예시적인 일 구현예에서, 상기 필터는 분석 대상 수소 가스의 수분 및/또는 불순물을 제거하기 위한 필터 물질로서 예컨대, molecular sieve, 실리카 겔, 제올라이트, 알루미나 등을 사용할 수 있다.In an exemplary embodiment, the filter may use, for example, a molecular sieve, silica gel, zeolite, alumina or the like as a filter material for removing moisture and / or impurities of the hydrogen gas to be analyzed.

예시적인 구현예에서, 상기 열전도도 측정기(Thermal Conductivity Detector; TCD)는 총 4개의 저항으로 구성되고, 각각 2개의 저항이 대향하도록 연결되는 휘스톤브릿지 회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 열전도도 측정기는 DC 파워 공급부(powersupply)(8), 온도조절기(11)를 더 구비할 수 있다.In an exemplary embodiment, the Thermal Conductivity Detector (TCD) may comprise a total of four resistors, each of which may comprise a Wheatstone bridge circuit coupled such that the two resistors are opposed. In addition, the thermal conductivity meter may further include a DC power supply unit 8 and a temperature controller 11.

예시적인 일 구현예에서, 상기 분석기는 열전도도 및/또는 가스 유량 차이를 오르쏘 및 파라수소 비율로 계산하기 위한 컴퓨터, 상기 열전도도 차이 및/또는 가스 유량 차이에 관한 신호를 증폭하는 신호증폭기; 및 분석을 수행하고 결과를 보여주는 컴퓨터 및 디스플레이;를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 및 디스플레이(10) 는 전술한 회로의 대향하는 점간의 전위차를 검출하고 신호를 입력받아 열전도도를 구하고 이를 표시할 수 있다.In an exemplary embodiment, the analyzer comprises a computer for calculating thermal conductivity and / or gas flow rate differences at ortho and para hydrogen ratios, a signal amplifier for amplifying signals relating to the difference in thermal conductivity and / or gas flow rate difference; And a computer and a display that perform the analysis and display the results. The computer and the display 10 can detect the potential difference between the opposing points of the above-mentioned circuit, receive the signal, obtain the thermal conductivity, and display the thermal conductivity.

예시적인 구현예에서, 상기 촉매 반응기는 촉매 물질로서 철(Fe), 루테늄(Ru), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 가돌리니움(Gd), 네오디움(Nd), 유러피움(Eu), 홀미움(Ho), 및 이들의 산화물으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 복합물을 사용할 수 있다. 또한, 제올라이트나 분자체(molecular sieve) 등을 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the catalytic reactor comprises a catalytic material selected from the group consisting of Fe, Ru, Cr, Molybdenum, W, Gd, Neodium, Nd), Eu (Eu), Hoi (Ho), and their oxides can be used. Further, it may further include zeolite, molecular sieve, and the like.

예시적인 구현예에서, 상기 촉매 반응기 촉매는 분말, 섬유, 비드(bead), 허니컴 중 하나 이상의 형태일 수 있다.In an exemplary embodiment, the catalytic reactor catalyst may be in the form of one or more of powder, fiber, bead, honeycomb.

예시적인 구현예에서, 상기 촉매반응기 온도는 25 - 300℃ 범위일 수 있다.In an exemplary embodiment, the catalytic reactor temperature may range from 25 to 300 < 0 > C.

예시적인 구현예에서, 상기 장치는 분석 대상 수소 가스 및/또는 레퍼런스 수소 가스의 유량을 측정하고 일정하게 유지하기 위한 가스 유량 측정 및 조절기(MFC)를 구비할 수 있다.In an exemplary embodiment, the apparatus may comprise a gas flow meter and regulator (MFC) for measuring and constantly maintaining the flow rate of the analyzed hydrogen gas and / or the reference hydrogen gas.

예시적인 일 구현예에서, 상기 레퍼런스 가스는 상온의 가스일 수 있다.In an exemplary embodiment, the reference gas may be a gas at ambient temperature.

예시적인 일 구현예에서, 상기 장치는 3방 밸브를 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the apparatus may further include a three-way valve.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 다른 일측면에서, 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 방법으로서, 분석 대상 수소 가스 및 레퍼런스 수소 가스 간의 가스 유량 차이 또는 열전도도 차이 중 하나 이상을 측정하고, 이 측정값으로부터 분석 대상 가스의 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 방법을 제공한다.In an exemplary embodiment of the present invention, in another aspect, there is provided a method of analyzing the ratio of ortho and para hydrogen, comprising measuring at least one of a gas flow rate difference or a thermal conductivity difference between a hydrogen gas to be analyzed and a reference hydrogen gas , And an ortho and para hydrogen analysis method for analyzing the ratio of ortho and para hydrogen in the gas to be analyzed from the measured values.

예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은 분석 대상 수소 가스를 열전도도 측정기로 유입하여 열전도도를 측정하는 단계; 열전도도 측정기를 통과한 분석 대상 수소 가스를 촉매 반응기에 유입하여 분석 대상 수소 가스를 레퍼런스 수소 가스가 되도록 하는 단계; 상기 레퍼런스 수소 가스를 상기 열전도도 측정기에 유입하여 레퍼런스 수소 가스의 열전도도를 측정하는 단계; 및 측정된 분석 대상 수소 가스의 열전도도와 레퍼런스 수소 가스의 열전도도의 차이를 바탕으로 분석 대상 수소 가스의 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 단계;를 포함할 수 있다.In one exemplary embodiment, the method includes: measuring a thermal conductivity by introducing hydrogen gas to be analyzed into a thermal conductivity meter; Introducing the hydrogen gas to be analyzed which has passed through the thermal conductivity measuring instrument into the catalytic reactor so that the hydrogen gas to be analyzed becomes the reference hydrogen gas; Introducing the reference hydrogen gas into the thermal conductivity meter and measuring the thermal conductivity of the reference hydrogen gas; And analyzing the ratio of ortho and para hydrogen of the analyzed hydrogen gas based on the measured thermal conductivity of the analyzed hydrogen gas and the difference of the thermal conductivity of the reference hydrogen gas.

예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은 분석 대상 수소 가스를 열전도도 측정기로 유입하여 열전도도를 측정하는 단계; 레퍼런스 수소 가스를 열전도도 측정기로 유입하여 열전도도를 측정하는 단계; 및 측정된 분석 대상 수소 가스의 열전도도와 레퍼런스 수소 가스의 열전도도의 차이를 바탕으로 분석 대상 수소 가스의 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 단계;를 포함할 수 있다.In one exemplary embodiment, the method includes: measuring a thermal conductivity by introducing hydrogen gas to be analyzed into a thermal conductivity meter; Introducing the reference hydrogen gas into the thermal conductivity meter and measuring the thermal conductivity; And analyzing the ratio of ortho and para hydrogen of the analyzed hydrogen gas based on the measured thermal conductivity of the analyzed hydrogen gas and the difference of the thermal conductivity of the reference hydrogen gas.

예시적인 일 구현예에서, 상기 방법은 분석 대상 수소 가스를 촉매 반응기로 유입하는 단계; 및 상기 촉매 반응기를 통과한 분석 대상 수소 가스는 레퍼런스 수소 가스로 되고, 촉매 반응기를 통과하기 전 분석 대상 가스의 가스 유량과 상기 레퍼런스 수소 가스의 가스 유량을 측정하고 이들의 차이로부터 분석 대상 가스의 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 단계;를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the method further comprises: introducing the hydrogen gas to be analyzed into a catalytic reactor; And the hydrogen gas to be analyzed that has passed through the catalytic reactor becomes a reference hydrogen gas and measures the gas flow rate of the gas to be analyzed and the gas flow rate of the reference hydrogen gas before passing through the catalytic reactor, And analyzing the ratio of saw and para hydrogen.

본 발명의 예시적인 구현예들에 의하면, 예컨대 상온과 같은 온화한 온도조건에서 열전도도 분석기나 가스 유량 측정기와 촉매 반응기를 이용하게 되므로 극저온 조건 등의 측정 조건이 불필요하고 온화한 온도 조건에서 오르쏘 및 파라 수소 비율을 실시간으로 용이하게 측정할 수 있다. 또한, 장치가 단순하여 경제성과 휴대성을 높일 수 있다.According to exemplary embodiments of the present invention, since a thermal conductivity analyzer, a gas flow meter, and a catalytic reactor are used at a mild temperature condition such as room temperature, measurement conditions such as a cryogenic temperature condition are unnecessary, and ortho and para The hydrogen ratio can be easily measured in real time. In addition, the device is simple and economical and portable.

도 1은 본 발명의 예시적인 일 구현예에 따른 휴대용 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 다른 일 구현예에 따른 휴대용 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 또 다른 일 구현예에 따른 휴대용 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에서 분석 대상 가스의 열전도도 측정 값을 나타낸 것으로서, 온도에 따른 열전도도 값 변화를 나타내었다. 도 4b는 본 발명의 실시예에서 분석 대상 수소 가스의 열전도도에 따른 파라 수소 비율을 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing the configuration of a portable orthoses and para-hydrogen analyzing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing the configuration of a portable orthoses and para-hydrogen analyzer according to another exemplary embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing the configuration of a portable orthoses and para-hydrogen analyzer according to another exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 4A shows measured values of thermal conductivity of a gas to be analyzed in the embodiment of the present invention, and shows changes in thermal conductivity values with temperature. FIG. 4B is a graph showing the ratio of para hydrogen according to the thermal conductivity of the hydrogen gas to be analyzed in the embodiment of the present invention. FIG.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an ortho and para hydrogen analyzer and method according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 예시적인 구현예들에서 의하면, 분석 대상 수소 가스 및 레퍼런스 수소 가스 간의 가스 유량 차이 또는 열전도도 차이 중 하나 이상을 측정하고, 이 측정값으로부터 분석 대상 가스의 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치 및 방법을 제공한다.According to exemplary embodiments of the present invention, at least one of a gas flow rate difference or a thermal conductivity difference between a hydrogen gas to be analyzed and a reference hydrogen gas is measured, and the ratio of ortho and para hydrogen of the gas to be analyzed The present invention also provides an apparatus and method for analyzing ortho and para hydrogen.

도 1은 본 발명의 예시적인 일 구현예에 따른 휴대용 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a portable orthoses and para-hydrogen analyzing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 일 구현예에 따른 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치는, 분석 대상 수소 가스 공급부(1, 2, 4, 5); 상기 분석 대상 수소 가스 공급부(1, 2, 4, 5)에 연결되고 분석 대상 수소 가스와 레퍼런스 수소 가스의 열전도도를 각각 측정하는 열전도도 측정기(6); 상기 열전도도 측정기(6)에 연결되고 분석 대상 수소 가스의 오르쏘 수소를 파라 수소로 변환하는 촉매 반응기(3); 및 상기 열전도도 측정기(6)에 연결되고 분석 대상 가스와 레퍼런스 수소 간의 열전도도 차이로부터 오르쏘 및 파라 수소 비율을 분석하는 분석기(9, 10);를 포함한다. 여기서 열전도도 측정기(6)를 통과한 분석 대상 수소 가스가 상기 촉매 반응기(3)를 통과해 상기 레퍼런스 수소 가스로 된다.As shown in FIG. 1, an ortho and para hydrogen analyzer according to an exemplary embodiment of the present invention includes a hydrogen gas supply unit 1, 2, 4, 5; A thermal conductivity meter 6 connected to the hydrogen gas supply units 1, 2, 4, 5 for measuring the thermal conductivities of the hydrogen gas to be analyzed and the reference hydrogen gas, respectively; A catalytic reactor (3) connected to the thermal conductivity meter (6) for converting ortho hydrogen of the hydrogen gas to be analyzed into para-hydrogen; And analyzers (9, 10) connected to the thermal conductivity meter (6) for analyzing ortho and para hydrogen ratios from the difference in thermal conductivity between the analyte gas and the reference hydrogen. Here, the hydrogen gas to be analyzed which has passed through the thermal conductivity meter 6 passes through the catalytic reactor 3 to become the reference hydrogen gas.

구체적으로, 상기 분석 대상 수소 가스 공급부(1, 2, 4, 5)는 수소를 제공하는 펌프(1), 제공된 수소로부터 불순물을 필터링하는 필터(2) 및 제공된 수소의 가스 압을 조절하는 가스 압력 조절기(regulator)(4)를 포함할 수 있다. 또한, 압력 게이지(5)를 포함할 수 있다.Specifically, the hydrogen gas supply unit (1, 2, 4, 5) to be analyzed includes a pump 1 for supplying hydrogen, a filter 2 for filtering impurities from the supplied hydrogen, and a gas pressure A regulator 4 may be included. It may also include a pressure gauge (5).

비제한적인 예시에서, 상기 필터(2)는 분석 대상 수소 가스나 및/또는 후술하는 레퍼런스 수소 가스의 수분이나 불순물 등을 제거하기 위한 필터 물질을 구비하며, 이러한 필터 물질로서 예컨대, 분자체(molecular sieve), 실리카 겔, 제올라이트, 알루미나 등을 사용할 수 있다.In a non-limiting example, the filter 2 has a filter material for removing water, impurities and the like of the hydrogen gas to be analyzed and / or a reference hydrogen gas to be described later. As such a filter material, for example, molecular sieve, silica gel, zeolite, alumina and the like.

상기 열전도도 측정기(6)(thermal conductivity detector, TCD)는 분석 대상 수소 가스 샘플의 열전도도와 촉매반응기(3)를 통과한 레퍼런스 수소 가스 샘플의 열전도도 차이를 측정하는 것이다.The thermal conductivity detector (TCD) measures the thermal conductivity of a sample of hydrogen gas to be analyzed and the difference in thermal conductivity of a reference hydrogen gas sample that has passed through the catalytic reactor (3).

이러한 열전도도 측정기는 예컨대 총 4개의 저항으로 구성되고, 각각 2개의 저항이 대향하도록 연결되는 휘스톤브릿지 회로를 포함할 수 있다. 또한, 열전도도 측정기는 DC 파워 공급부(powersupply)(8), 온도조절기(11)가 더 구비될 수 있다. 상기 DC 파워 공급부(8)는 검출기에 일정한 전류를 공급하고, 온도조절기(11)는 열전도도 검출기(6)의 온도를 일정하게 유지해주는 역할을 한다.Such a thermal conductivity meter may comprise, for example, a total of four resistors, each of which includes a Wheatstone bridge circuit connected so that two resistors are opposed to each other. In addition, the thermal conductivity meter may further include a DC power supply 8 and a temperature controller 11. The DC power supply unit 8 supplies a constant current to the detector and the temperature controller 11 serves to keep the temperature of the thermal conductivity detector 6 constant.

한편, 상기 장치의 분석기(9, 10)는 상기 열전도도 차이 및/또는 가스 유량 차이에 관한 신호를 증폭하는 신호증폭기(9) 및 열전도도 및/또는 가스 유량 차이를 오르쏘 및 파라수소 비율로 계산하고 결과를 보여주는 컴퓨터 및 디스플레이(10)를 포함할 수 있다.On the other hand, the analyzer (9, 10) of the apparatus comprises a signal amplifier (9) for amplifying a signal relating to the difference in thermal conductivity and / or gas flow rate and a signal amplifier And a computer and display 10 for computing and displaying the results.

상기 컴퓨터 및 디스플레이(10)는 전술한 회로의 대향하는 저항 점간의 전위차를 검출하고 이 전위차 신호를 입력받아 열전도도를 구하고 이를 표시할 수 있다. 상기 신호증폭기(9)는 열전도도 검출값 신호를 조절해준다.The computer and the display 10 can detect the potential difference between the opposing resistance points of the circuit described above and receive the potential difference signal to obtain and display the thermal conductivity. The signal amplifier 9 adjusts the thermal conductivity detection value signal.

상기 열전도도 측정기(TCD)(6)의 열전도도값은 파라수소가 오르쏘수소보다 높은 열전도도값을 가지기 때문에 주어진 전류값에서 낮은 저항을 나타내고, 따라서, 분석 대상 수소의 오르쏘 수소가 파라 수소로 변환함에 따라 낮은 전압을 나타내게 된다.The thermal conductivity value of the thermal conductivity meter (TCD) 6 shows a low resistance at a given current value because para-hydrogen has a higher thermal conductivity value than ortho-hydrogen, and therefore, the ortho- The voltage becomes low.

상기 촉매반응기(3)는 금속산화물 및/또는 금속 등의 촉매가 충진되어 있는 반응기이다. 해당 촉매반응기에 사용하는 촉매 형태로는 분말, 섬유, 비드(bead), 허니컴 중 하나 이상의 형태를 사용할 수 있고, 촉매반응기 온도는 예컨대 25 - 300℃ 범위일 수 있다.The catalytic reactor (3) is a reactor packed with a catalyst such as metal oxide and / or metal. The catalyst used in the catalytic reactor may be in the form of powder, fiber, bead or honeycomb, and the catalytic reactor temperature may range, for example, from 25 to 300 ° C.

열전도도 측정기를 1차 통과한 분석 대상 수소 가스 샘플이 촉매반응기(3)를 통과하여 파라수소가 오르쏘로 전환되어, 레퍼런스 가스로 되어 다시 열전도도 측정기(6)에 2차 통과됨으로 열전도도값 측정이 가능하다. A sample of the hydrogen gas to be analyzed which has passed through the thermal conductivity measuring device first passes through the catalytic reactor 3 and the para hydrogen is converted into ortho to become a reference gas and then pass secondly to the thermal conductivity measuring device 6, Measurement is possible.

비제한적인 예시에서, 상기 촉매 반응기(3)는 파라수소를 오르쏘수소로 전환하는 효과가 있는 촉매 물질로서 예컨대, 철(Fe), 루테늄(Ru), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 가돌리니움(Gd), 네오디움(Nd), 유러피움(Eu), 홀미움(Ho), 및 이들의 산화물으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 복합물을 사용할 수 있다. 또한, 제올라이트나 분자체(molecular sieve) 등을 더 포함할 수 있다.In a non-limiting example, the catalytic reactor 3 is a catalytic material having the effect of converting parahydrogen to ortho-hydrogen, such as iron (Fe), ruthenium (Ru), chromium (Cr), molybdenum One or more complexes selected from the group consisting of tungsten (W), gadolinium (Gd), neodymium (Nd), europium (Eu), holmium (Ho) . Further, it may further include zeolite, molecular sieve, and the like.

한편, 비제한적인 예시에서, 상기 장치는 분석 대상 수소 가스 및/또는 레퍼런스 수소 가스의 유량을 측정하고 일정하게 유지하기 위한 가스 유량 측정 및 조절기(MFC)(7)를 더 구비할 수 있다.On the other hand, in a non-limiting example, the apparatus may further comprise a gas flow measuring and regulating (MFC) 7 for measuring and constantly maintaining the flow rate of the analyzed hydrogen gas and / or the reference hydrogen gas.

이상의 장치의 작동을 다시 한번 구체적으로 설명하면, 분석 대상 수소 가스 샘플이 먼저 펌프(1)에 의해 유입되면, 상기 필터(2)에 의해 수분 및 불순물 여과과정을 거친다. 압력 레귤레이터(4)를 통과하고 난 후 열전도도 측정기(TCD)(6)를 통과한다.The operation of the above apparatus will be described more specifically. When a hydrogen gas sample to be analyzed is introduced first by the pump 1, it is subjected to a moisture and impurity filtration process by the filter 2. Passes through the pressure regulator 4 and then passes through the thermal conductivity meter (TCD) 6.

상기 열전도도 측정기(TCD)(6)를 1차로 통과한 뒤 촉매반응기(3)를 통과함으로써 분석 대상 가스 중의 파라수소가 오르쏘 수소로 전환하는 반응이 진행된다. 이와 같이 촉매 반응기(3)를 거친 분석 대상 수소 가스는 레퍼런스 수소 가스로 된다.After passing through the thermal conductivity meter (TCD) 6 firstly and passing through the catalytic reactor 3, the reaction of converting the para-hydrogen in the gas to be analyzed into ortho-hydrogen proceeds. Thus, the hydrogen gas to be analyzed which has passed through the catalytic reactor 3 becomes the reference hydrogen gas.

이 레퍼런스 수소 가스는 필터(2)에 의해 수분 및 불순물 여과과정을 거친 뒤 열전도도 측정기(TCD)(6)를 2차 통과하고, 가스유량 측정 및 조절기(7)를 거치고 필요에 따라 필터(2)를 더 거쳐 외부로 배출될 수 있다.This reference hydrogen gas is subjected to water and impurity filtration by a filter 2 and then secondarily passed through a thermal conductivity meter (TCD) 6, passed through a gas flow meter and regulator 7, ) To be discharged to the outside.

도 2는 본 발명의 예시적인 다른 일 구현예에 따른 휴대용 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 2에서 도 1과 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.2 is a schematic view showing the configuration of a portable orthoses and para-hydrogen analyzer according to another exemplary embodiment of the present invention. 2, description of the same components as those of FIG. 1 will be omitted.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 일 구현예에 따른 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치는 분석 대상 수소 가스 공급부(1, 2, 4, 5), 레퍼런스 수소 가스 공급부(2, 7, 5), 상기 분석 대상 수소 가스 공급부 및 레퍼런스 수소 가스 공급부에 연결되고 분석 대상 수소 가스와 레퍼런스 수소 가스의 열전도도를 각각 측정하는 열전도도 측정기(6) 및 분석 대상 가스와 레퍼런스 수소 가스 간의 열전도도 차이로부터 오르쏘 및 파라 수소 비율을 분석하는 분석기(9, 10)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the ortho and para hydrogen analyzer according to an exemplary embodiment of the present invention includes a hydrogen gas supply unit 1, 2, 4, 5, a reference hydrogen gas supply unit 2, 7, 5), a thermal conductivity meter (6) connected to the analysis target hydrogen gas supply unit and the reference hydrogen gas supply unit and measuring the thermal conductivity of the analysis target hydrogen gas and the reference hydrogen gas, and a thermal conductivity difference between the analysis target gas and the reference hydrogen gas And an analyzer 9, 10 for analyzing the ortho and para hydrogen ratios.

분석 대상 수소 가스 공급부(1, 2, 4, 5), 열전도도 측정기(6), 분석기(9, 10) 등의 세부 구성은 도 1에서 설명한 바와 같다. 다만, 도 1과 달리 도 2에 도시된 구현예의 경우 레퍼런스 수소 가스, 바람직하게는 상온의 레퍼런스 수소 가스가 공급되는 공급부(2, 7, 5)가 별도 구비된다. 해당 레퍼런스 수소 가스 공급부에도 분석 대상 수소 가스 공급부에 설치되는 것과 마찬가지의 필터(2), 압력 게이지(5), 가스 유량 측정 및 조절기(7) 등이 설치될 수 있다.The details of the hydrogen gas supply units 1, 2, 4 and 5, the thermal conductivity meter 6 and the analyzers 9 and 10 are the same as those in FIG. However, unlike FIG. 1, in the embodiment shown in FIG. 2, supply units 2, 7, and 5 for supplying reference hydrogen gas, preferably normal temperature reference hydrogen gas, are separately provided. A filter 2, a pressure gauge 5, a gas flow rate measuring and regulating device 7, and the like, which are installed in the hydrogen gas supply part to be analyzed, may also be provided in the reference hydrogen gas supplying part.

도 2에 도시된 구현예에서, 분석 대상 수소 가스가 열전도도 측정기를 지난 후 촉매 반응기(3)를 더 지날 수 있고, 이와 같이 촉매 반응기(3)를 지난 분석 대상 수소 가스는 레퍼런스 수소 가스로 되어 상기 레퍼런스 수소 가스 공급부로 제공될 수 있다. 촉매 반응기(3) 이후에는 필터(2), 가스 유량 측정 및 조절기(7) 등이 구비될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 2, the hydrogen gas to be analyzed passes through the catalytic reactor 3 after passing through the thermal conductivity meter, and thus the analyzed hydrogen gas passing through the catalytic reactor 3 becomes the reference hydrogen gas And may be provided to the reference hydrogen gas supply unit. After the catalytic reactor 3, a filter 2, a gas flow rate measurement and regulator 7 and the like may be provided.

장치의 작동을 설명하면, 펌프(1)와 압력 레귤레이터(4)는 분석 대상 수소 가스 샘플이 일정한 압력으로 유입되도록 하며, 필터(2)는 수분이나 기타 불순물을 제거하는 역할을 한다. 이후 열전도도 측정기 (TCD)(6)를 통과한 후 촉매반응기(3)를 거쳐 외부로 배출된다.To explain the operation of the apparatus, the pump 1 and the pressure regulator 4 allow a sample of the hydrogen gas to be analyzed to be introduced at a constant pressure, and the filter 2 serves to remove water and other impurities. After passing through the thermal conductivity meter (TCD) 6, it is discharged to the outside through the catalytic reactor 3.

레퍼런스 수소 가스는 별도로 공급된다. 이 경우에도 필터(2)를 통과해 수분이나 불순물 등이 제거될 수 있다. 아울러, 비제한적인 예시에서, 가스유량 측정 및 조절기(7) 등을 통해 분석 대상 수소 가스 샘플과 동일한 압력과 동일한 유량을 유지하도록 한다. 이와 같이, 동일한 압력과 유량을 유지하는 이유는 압력과 유량이 달라지면 열전도도 측정기 값도 달라질 수 있기 때문에 그러한 영향을 배제하기 위함이다.The reference hydrogen gas is supplied separately. Even in this case, moisture, impurities and the like can be removed through the filter 2. Further, in a non-limiting example, the same flow rate as the pressure of the hydrogen gas sample to be analyzed is maintained through the gas flow measurement and regulator 7 or the like. The reason for maintaining the same pressure and flow rate is to exclude such influence because the value of the thermal conductivity meter may vary if the pressure and the flow rate are different.

이어서 열전도도 측정기(TCD)(6)를 통과한 뒤 외부로 배출된다. 상기 열전도도 측정기(6)는 분석 대상 수소 가스 샘플의 열전도도와 상온의 레퍼런스 수소 가스 샘플의 열전도도 차이를 측정하는 역할을 한다. 도 1에서와 마찬가지로, 상기 열전도도 측정기에는 DC 파워 공급기(8) 및 온도조절기(11)가 구비될 수 있다. 또한, 분석기는 신호증폭기(9), 컴퓨터 및 디스플레이(10)가 구비될 수 있다. DC 파워 공급기(8)는 열전도도 측정기에 일정한 전류를 공급하고, 온도조절기(11)는 열전도도 측정기(6)의 온도를 일정하게 유지해주는 역할을 한다. 상기 신호증폭기(9)는 열전도도 검출값 신호를 조절해주며, 컴퓨터 및 디스플레이(10)는 열전도도 검출값에 기초한 분석 결과를 모니터링하는 역할을 한다.Then passes through the thermal conductivity meter (TCD) 6 and is discharged to the outside. The thermal conductivity meter 6 serves to measure the thermal conductivity of the sample hydrogen gas to be analyzed and the thermal conductivity difference of the reference hydrogen gas sample at the room temperature. As in FIG. 1, the thermal conductivity meter may be equipped with a DC power supply 8 and a temperature controller 11. Further, the analyzer may be provided with a signal amplifier 9, a computer, and a display 10. The DC power supply 8 supplies a constant current to the thermal conductivity meter, and the temperature controller 11 serves to keep the temperature of the thermal conductivity meter 6 constant. The signal amplifier 9 adjusts the thermal conductivity detection value signal, and the computer and the display 10 monitor the analysis results based on the thermal conductivity detection value.

도 3은 본 발명의 예시적인 또 다른 일 구현예에 따른 휴대용 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.3 is a schematic diagram showing the configuration of a portable orthoses and para-hydrogen analyzer according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 일 구현예에 따른 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치는 분석 대상 수소 가스 공급부(10, 20, 70), 상기 분석 대상 수소 가스 공급부(10, 20, 70)에 연결되어 분석 대상 수소 가스가 유입되고 분석 대상 가스 중 오르쏘 수소를 파라 수소로 변환하는 촉매 반응기(30), 상기 촉매 반응기(30) 및 상기 분석 대상 수소 가스 공급부(10, 20, 70)에 연결되고 가스 유량을 측정하는 가스 유량 측정 및 조절기(71), 상기 가스 유량 측정 및 조절기(70, 71)에 연결되고, 분석 대상 수소 가스와 레퍼런스 수소 가스 간의 가스 유량 차이로부터 분석 대상 수소 가스 중의 오르쏘 수소 및 파라 수소 비율을 분석하는 분석기(미도시)를 포함한다. 상기 분석 대상 수소 가스의 일부는 촉매 반응기(30)를 통과해 레퍼런스 수소 가스가 되는 것일 수 있다.3, the ortho and para hydrogen analyzer according to an exemplary embodiment of the present invention includes a hydrogen gas supply unit 10, 20, 70, a hydrogen gas supply unit 10, 20, 70, a catalytic reactor 30 into which hydrogen gas to be analyzed flows and converts ortho-hydrogen to para-hydrogen in the gas to be analyzed, the catalytic reactor 30, and the hydrogen gas supply units 10, 20, 70 ), Connected to the gas flow rate measuring and regulating devices (70, 71), and connected to the gas flow rate measuring and regulating devices (70, 71) And an analyzer (not shown) for analyzing the ratio of ortho and hydrogen in the hydrogen. A part of the hydrogen gas to be analyzed may pass through the catalytic reactor 30 to become a reference hydrogen gas.

분석 대상 수소 가스 공급부(10, 20, 70)는 도 1이나 도 2에서와 마찬가지로 펌프(10), 제공된 수소로부터 불순물을 필터링하는 필터(20)를 포함할 수 있고, 제공된 수소의 가스 유량을 조절하는 제1 가스 유량 측정 및 조절기(70)를 포함할 수 있다. 펌프(10)와 제1 가스 유량 측정 및 조절기(70)는 수소가스 샘플이 일정한 압력으로 유입되도록 함과 동시에 가스 유량을 측정하며, 필터(20)는 수분이나 기타 불순물을 제거하는 역할을 한다.The hydrogen gas supply units 10, 20 and 70 to be analyzed may include a pump 10, a filter 20 for filtering impurities from the supplied hydrogen as in FIGS. 1 and 2, And a first gas flow rate measuring and regulating device (70). The pump 10 and the first gas flow rate measuring and regulating device 70 allow the hydrogen gas sample to flow at a constant pressure while measuring the gas flow rate and the filter 20 serves to remove water and other impurities.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 공급된 분석 대상 수소 가스는 3방 밸브(3-way valve)(40)를 통해 촉매반응기(30)를 통과하게 된다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, the supplied hydrogen gas to be analyzed passes through the catalytic reactor 30 through a three-way valve 40.

상기 촉매반응기(30)는 도 1 및 2에서도 설명한 바와 같이, 금속 산화물 등의 촉매가 충진된 반응기로서 분석 대상 수소 가스 샘플의 파라수소를 오르쏘수소로 전환하여 레퍼런스 수소 가스가 되도록 하는 역할을 한다.1 and 2, the catalytic reactor 30 is a reactor filled with a catalyst such as a metal oxide and serves to convert para hydrogen of a sample gas to be analyzed into ortho-hydrogen to be a reference hydrogen gas .

상기 3방 밸브(3-way valve)(40)를 이용하여 분석 대상 수소 가스가 촉매반응기(30)를 통과 또는 바이 패스(by-pass) 하도록 한다. 상술하면, 먼저 3방 밸브(40) 중 촉매 반응기(30) 측으로 흐르지 않도록 일측 밸브를 잠그어 우선 파라수소가 오르쏘 수소로 전환되지 않은 분석 대상 수소 가스 샘플의 유량을 가스 유량 측정 및 조절기(70), (71)를 통해 측정한다. 이때는 파라수소가 오르쏘 수소로 전환되지 않았으므로, 제1 가스 유량 측정 및 조절기(70)와 제2 가스 유량 측정 및 조절기(71) 간의 가스 유량 차이가 없다.And allows the hydrogen gas to be analyzed to pass through or bypass the catalytic reactor 30 by using the three-way valve 40. The valve is closed at one side of the three-way valve 40 so as not to flow to the catalytic reactor 30 side so that the flow rate of the hydrogen gas sample to be analyzed whose parahydrogen is not converted to ortho-hydrogen is measured by the gas flow measuring and regulating device 70 ) And (71), respectively. There is no gas flow difference between the first gas flow measurement and regulator 70 and the second gas flow measurement and regulator 71 since the para hydrogen is not converted to ortho hydrogen.

한편, 3방 밸브 중 이번에는 촉매 반응기(30) 측을 열고 다른 쪽은 잠그어 분석 대상 수소 가스가 촉매 반응기(30)를 지나게 되면 분석 대상 수소 가스 중 파라 수소가 오르쏘 수소로 전환하여 레퍼런스 수소 가스가 된다. 이에 따라 제2 가스 유량 측정 및 조절기(71)는 레퍼런스 수소 가스의 유량을 측정하게 된다.On the other hand, among the three-way valves, when the hydrogen gas to be analyzed passes through the catalytic reactor 30 by opening the side of the catalytic reactor 30 and the other side is closed, the para hydrogen in the analyzed hydrogen gas is converted into ortho- Gas. The second gas flow measurement and regulator 71 thus measures the flow rate of the reference hydrogen gas.

가스 중에 오르쏘수소와 파라수소의 비율이 변하면, 가스의 열전도도 차이가 나게 되고, 이는 가스 미세 유량의 차이를 일으킨다. 또한, 거꾸로 가스 미세 유량 차이를 통하여 오르쏘 수소와 파라 수소의 비율 변화를 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는 가스 미세 유량 차이[즉, 제1 가스 유량 측정 및 조절기(70)로 측정된 분석 대상 수소 가스의 유량과 제2 가스 유량 측정 및 조절기(71)에서 측정된 레퍼런스 수소 가스의 유량의 차이]를 이용하여 분석 대상 수소 가스 중의 오르쏘수소와 파라수소의 비율을 측정할 수 있다.When the ratio of ortho and para hydrogen in the gas is changed, the thermal conductivity of the gas is also different, which causes a difference in the gas minute flow rate. In addition, the ratio of ortho-hydrogen to para-hydrogen can be confirmed through the difference in gas flow rate. Thus, in the exemplary embodiments of the present invention, the gas flow rate difference (i.e., the flow rate of the hydrogen gas to be analyzed measured by the first gas flow rate measurement and regulator 70 and the flow rate of the second gas flow rate measured by the second gas flow rate measurement and regulator 71 The difference of flow rate of reference hydrogen gas] can be used to measure the ratio of ortho and para hydrogen in the hydrogen gas to be analyzed.

이하, 본 발명의 구현예들에 따른 구체적인 실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있고, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것임이 이해될 것이다.Hereinafter, specific embodiments according to embodiments of the present invention will be described in more detail. It should be understood, however, that the invention is not limited to the embodiments described below, but that various embodiments of the invention may be practiced within the scope of the appended claims, It will be understood that the invention is intended to facilitate the practice of the invention to those skilled in the art.

[실시예][Example]

본 실시예에서는 도 1의 장치를 이용하였다.In this embodiment, the apparatus of Fig. 1 is used.

도 4a는 본 발명의 실시예에서 분석 대상 가스의 열전도도 측정값을 나타낸 것으로서, 온도에 따른 열전도도 값 변화를 나타내었다.FIG. 4A shows measured values of thermal conductivity of a gas to be analyzed in the embodiment of the present invention, and shows changes in thermal conductivity values with temperature.

도 4b는 본 발명의 실시예에서 도 1을 이용한 장치로부터 분석 대상 수소 가스의 열전도도에 따른 파라 수소 비율을 나타내는 그래프이다.FIG. 4B is a graph showing the ratio of para hydrogen according to the thermal conductivity of the hydrogen gas to be analyzed from the apparatus using FIG. 1 in the embodiment of the present invention. FIG.

샘플 수소 가스의 온도를 낮추어 가며 촉매 반응기의 산화철 촉매층을 통과하면 열전도도 검출기의 전압이 높아진다. 따라서, 해당 온도에서의 주어진 파라 수소의 평형값을 이용하여 파라 수소의 농도를 각각 계산하였다.As the temperature of the sample hydrogen gas is lowered, the voltage of the thermal conductivity detector increases when passing through the iron oxide catalyst layer of the catalytic reactor. Therefore, the concentration of para-hydrogen was calculated using the equilibrium value of the given para-hydrogen at that temperature.

참고로, 앞서 설명한 바와 같이 파라수소가 오르쏘수소보다 높은 열전도도값을 가지기 때문에 주어진 전류값에서 낮은 저항을 나타내고, 따라서, 분석 대상 수소의 오르쏘 수소가 파라 수소로 변환함에 따라 전압이 낮아져야 한다. 그러나 본 실시예에서 사용한 검출기의 +와 - 값이 바뀌어 증감이 반대가 되어 도 4에서는 전압이 오르는 것으로 표시되어 있다.For reference, as described above, para-hydrogen exhibits a lower resistance at a given current value because it has a higher thermal conductivity value than ortho-hydrogen, and therefore the voltage must be lowered as the ortho- do. However, the + and - values of the detector used in the present embodiment are reversed, and the increase and decrease are reversed, indicating that the voltage increases in FIG.

이와 같이 기존 오르쏘 수소와 파라 수소 비율 분석 장비의 경우 분석 장비 자체가 액화 수소의 온도인 극저온으로 낮추어 져야 하지만, 본 발명의 구현예들에 의하면 분석 장비를 극저온으로 낮출 필요 없이 온화한 온도 조건에서 측정이 가능하다.In the case of the conventional ortho hydrogen and para hydrogen ratio analyzing apparatus, the analysis equipment itself should be lowered to the cryogenic temperature, which is the temperature of the liquefied hydrogen. However, according to the embodiments of the present invention, the analytical equipment is measured at a mild temperature condition This is possible.

1, 10 : 펌프 2, 20 : 필터
3, 30 : 촉매반응기 4 : 압력 레귤레이터
5 : 압력게이지 6 : 열전도도 측정기
7 : 가스유량 측정 및 조절기 8 : DC 파워 공급기
9 : 신호증폭기 10 : 컴퓨터 및 디스플레이
11 : 온도 조절기 40 : 3방 밸브
70, 71 : 가스유량 측정 및 조절기
1, 10: pump 2, 20: filter
3, 30: catalytic reactor 4: pressure regulator
5: Pressure gauge 6: Thermal conductivity meter
7: Gas flow measurement and regulator 8: DC power supply
9: Signal Amplifier 10: Computer and Display
11: Temperature regulator 40: Three-way valve
70, 71: Gas flow measurement and regulator

Claims (17)

오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 장치로서,
분석 대상 수소 가스 및 레퍼런스 수소 가스 간의 가스 유량 차이를 측정하고,
이 측정값으로부터 분석 대상 가스의 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 것을 특징으로 하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치.
An apparatus for analyzing the ratio of ortho and para hydrogen,
The gas flow rate difference between the hydrogen gas to be analyzed and the reference hydrogen gas was measured,
And analyzing the ratio of ortho and para hydrogen of the gas to be analyzed from the measured values.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 장치는,
분석 대상 수소 가스의 유량을 측정하는 제1 가스 유량 측정기;
상기 분석 대상 수소 가스에 연결되고 분석 대상 수소 가스가 유입되며 오르쏘 수소를 파라 수소로 변환하는 촉매 반응기;
상기 촉매 반응기에 연결되고, 촉매 반응기를 통과한 레퍼런스 수소 가스의 유량을 측정하는 제2 가스 유량 측정기; 및
상기 제1 및 제 2 가스 유량 측정기들에 연결되고, 분석 대상 수소 가스와 레퍼런스 수소 가스 간의 가스 유량 차이로부터 분석 대상 수소 가스 중의 오르쏘 수소 및 파라 수소 비율을 분석하는 분석기;를 포함하고,
상기 분석 대상 수소 가스는 촉매 반응기를 통과해 레퍼런스 수소 가스가 되는 것을 특징으로 하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치.
The method according to claim 1,
The apparatus comprises:
A first gas flow meter for measuring a flow rate of hydrogen gas to be analyzed;
A catalytic reactor connected to the hydrogen gas to be analyzed, into which hydrogen gas to be analyzed flows and converts ortho hydrogen to para hydrogen;
A second gas flow meter connected to the catalytic reactor and measuring a flow rate of the reference hydrogen gas passed through the catalytic reactor; And
And an analyzer connected to the first and second gas flow meters for analyzing ortho and para hydrogen ratios in the hydrogen gas to be analyzed from the gas flow rate difference between the hydrogen gas to be analyzed and the reference hydrogen gas,
Wherein the hydrogen gas to be analyzed passes through a catalytic reactor to become a reference hydrogen gas.
제 6 항에 있어서,
상기 장치는 분석 대상 수소 가스 공급부를 포함하고,
상기 분석 대상 수소 가스 공급부는 수소를 제공하는 펌프; 제공된 수소로부터 불순물을 필터링하는 필터; 및 제공된 수소의 가스 압을 조절하는 가스 압력 조절기(regulator);를 포함하는 것을 특징으로 하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치.
The method according to claim 6,
The apparatus includes a hydrogen gas supply portion to be analyzed,
Wherein the analysis target hydrogen gas supply unit comprises a pump for providing hydrogen; A filter for filtering impurities from the provided hydrogen; And a gas pressure regulator for regulating the gas pressure of the supplied hydrogen.
제 7 항에 있어서,
상기 필터는 분석 대상 수소 가스의 수분 및 불순물 중 하나 이상을 제거하기 위한 필터 물질이고, 분자체(molecular sieve), 실리카 겔, 제올라이트, 알루미나로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the filter is a filter material for removing at least one of moisture and impurities of the hydrogen gas to be analyzed and comprises at least one selected from the group consisting of a molecular sieve, silica gel, zeolite and alumina Ortho and para hydrogen analyzers.
제 6 항에 있어서,
상기 촉매 반응기는 촉매 물질로서 철(Fe), 루테늄(Ru), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 가돌리니움(Gd), 네오디움(Nd), 유러피움(Eu), 홀미움(Ho), 및 이들의 산화물으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 복합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치.
The method according to claim 6,
The catalytic reactor may be a catalytic reactor comprising at least one selected from the group consisting of Fe, Ru, Cr, Mo, W, Gd, Eu, Ho, and oxides thereof. The ortho and para hydrogen analyzer according to claim 1,
제 9 항에 있어서,
상기 촉매 반응기 촉매는 분말, 섬유, 비드(bead), 허니컴 중 하나 이상의 형태인 것을 특징으로 하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the catalytic reactor catalyst is in the form of at least one of powder, fiber, bead, and honeycomb.
삭제delete 제 6 항에 있어서,
상기 분석기는 가스 유량 차이를 오르쏘 및 파라수소 비율로 계산하기 위한 컴퓨터; 상기 가스 유량 차이에 관한 신호를 증폭하는 신호증폭기; 및 상기 분석 결과를 보여주는 디스플레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치.
The method according to claim 6,
Said analyzer comprising: a computer for calculating the gas flow rate difference with an ortho and para hydrogen ratio; A signal amplifier for amplifying a signal relating to the gas flow rate difference; And a display showing the result of the analysis.
제 6 항에 있어서,
상기 장치는 분석 대상 수소 가스 및 레퍼런스 수소 가스 중 하나 이상의 유량을 측정하고 일정하게 유지하기 위한 가스 유량 측정 및 조절기(MFC)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the apparatus further comprises a gas flow meter and controller (MFC) for measuring and maintaining a flow rate of at least one of a hydrogen gas to be analyzed and a reference hydrogen gas.
오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 방법으로서,
분석 대상 수소 가스 및 레퍼런스 수소 가스 간의 가스 유량 차이를 측정하고, 이 측정값으로부터 분석 대상 가스의 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 것을 특징으로 하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 방법.
As a method for analyzing the ratio of ortho and para hydrogen,
Wherein the gas flow rate difference between the hydrogen gas to be analyzed and the reference hydrogen gas is measured and the ratio of ortho and para hydrogen of the gas to be analyzed is analyzed from the measured value.
삭제delete 삭제delete 제 14 항에 있어서, 상기 방법은,
분석 대상 수소 가스를 촉매 반응기로 유입하는 단계; 및
상기 촉매 반응기를 통과한 분석 대상 수소 가스는 레퍼런스 수소 가스로 되고, 촉매 반응기를 통과하기 전 분석 대상 가스의 가스 유량과 상기 레퍼런스 수소 가스의 가스 유량을 측정하고 이들의 차이로부터 분석 대상 가스의 오르쏘 및 파라 수소의 비율을 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오르쏘 및 파라 수소 분석 방법.
15. The method of claim 14,
Flowing hydrogen gas to be analyzed into a catalytic reactor; And
The hydrogen gas to be analyzed which has passed through the catalytic reactor is referred to as reference hydrogen gas. The gas flow rate of the gas to be analyzed and the gas flow rate of the reference hydrogen gas before passing through the catalytic reactor are measured. From these differences, And analyzing the ratio of para-hydrogen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230092297A (en) * 2021-12-17 2023-06-26 한국기계연구원 Method for measuring para-hydrogen fraction

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002525430A (en) 1998-09-14 2002-08-13 ジェニテック コーポレーション リミテッド Gas supply system for CVD reactor and method of controlling the same
JP3441547B2 (en) * 1994-02-03 2003-09-02 リンデ アクチエンゲゼルシヤフト Method and apparatus for measuring the para content of a hydrogen gas stream
JP4007701B2 (en) 1998-08-27 2007-11-14 ジャパンゴアテックス株式会社 Gas adsorption filter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3441547B2 (en) * 1994-02-03 2003-09-02 リンデ アクチエンゲゼルシヤフト Method and apparatus for measuring the para content of a hydrogen gas stream
JP4007701B2 (en) 1998-08-27 2007-11-14 ジャパンゴアテックス株式会社 Gas adsorption filter
JP2002525430A (en) 1998-09-14 2002-08-13 ジェニテック コーポレーション リミテッド Gas supply system for CVD reactor and method of controlling the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230092297A (en) * 2021-12-17 2023-06-26 한국기계연구원 Method for measuring para-hydrogen fraction
KR102570622B1 (en) * 2021-12-17 2023-08-23 한국기계연구원 Method for measuring para-hydrogen fraction

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