KR101940501B1 - 접촉식 휴대용 가스 분석기 - Google Patents

접촉식 휴대용 가스 분석기 Download PDF

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Abstract

접촉식 휴대용 가스 분석기가 개시된다. 본 발명에 따른 접촉식 휴대용 가스 분석기는, 배기가스가 배출되는 연소시설물의 외벽에 마련되는 제1 플랜지에 삽입되어 연소시설물 내부로 연장되며, 연소시설물 내부의 배기가스 중 일부가 유입되는 제1 배관; 배기가스의 흐름에 대하여 제1 플랜지보다 하류 측의 연소시설물의 외벽에 마련되는 제2 플랜지에 삽입되어 연소시설물 내부로 연장되며, 제1 배관으로 유입된 배기가스를 연소시설물 내부로 다시 배출하는 제2 배관; 제1 배관과 제2 배관 사이를 연결하며 배기가스가 흐르는 유로를 형성하는 전처리배관; 및 제2 배관 상에 장착되어 배기가스의 성분을 분석하는 가스 분석기;를 포함하고, 제1 배관을 통해 유입된 배기가스는 전처리 배관에서 대기와의 열교환을 통해 온도가 강하되어 가스 분석기가 요구하는 목표 온도에 맞추어지는 것을 특징으로 한다.

Description

접촉식 휴대용 가스 분석기 {CONTACT TYPE PORTABLE GAS ANALYZER}
본 발명은 접촉식 휴대용 가스 분석기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배관 내 차압을 이용하여 연소시설물 내 배기가스의 일부를 추출하고, 추출된 배기가스를 가스 분석기의 사용 온도 범위에 적합한 온도로 맞추어 성분을 분석하는 접촉식 휴대용 가스 분석기에 관한 것이다.
석유 화학 관련 제품을 취급하는 선박용 또는 육상 연소시설물에서는, 각 공정을 거치며 연소 과정에서 인체에 유해한 다양한 종류의 유해물질들이 발생하여 배기가스의 형태로 배출된다.
상기의 유해물질로는 황산화물이나 질소산화물, 일산화탄소, 아황산가스, 염화수소, 암모니아 등이 있으며, 이와 같은 유해물질들은 인체에 해로울 뿐만 아니라 환경에 미치는 영향도 매우 크기 때문에, 배기가스의 배출은 전세계적으로 법적/행정적 규제를 받고 있다.
따라서 선박용 또는 육상 연소시설물 등과 같이 배기가스가 다량 발생하는 곳에서는, 연소시설물에서 배출되는 배기가스의 일부를 추출하여 배기가스의 각종 성분을 상시적으로 분석하는 분석기를 구비하며, 분석 결과에 따라 적절한 조치를 취하고 있다.
배기가스 성분을 측정하는 분석기는, 접촉식 가스 분석기와 비접촉식 가스 분석기로 구분할 수 있다. 도 1 및 도 2에 접촉식 가스 분석기의 예시 모델과, 비접촉식 가스 분석기의 예시 모델이 각각 도시되어 있다.
접촉식 가스 분석기는 연소시설물 내 고온의 배기가스에 가스센서를 직접 접촉하여 배기가스의 성분을 실시간으로 분석한다.
비접촉식 가스 분석기는 연소시설물 내 고온의 배기가스의 일부 샘플을 추출하고, 이를 샘플링 라인을 통해 특정 장소에 구비된 측정기 내부로 흡입하여, 흡입된 배기가스를 측정기 내부에 설치된 전처리 장치에서 냉각한 후, 측정기 내부에 실장된 가스센서에 의해 배기가스의 성분을 분석한다.
최근에는 배기가스의 적합성은 현장에서 실시간으로 바로 측정하는 것이 가장 정확하므로 접촉식 가스 분석기가 선호되는 추세이다.
그러나 가스센서를 직접 배기가스에 접촉하는 방식에 의하면, 배기가스의 고온의 열에 의해 가스센서에 손상이 발생할 수 있고, 이는 가스센서에 의한 가스 성분의 정확한 검출을 방해하거나 가스센서의 수명이 저하되는 문제로 이어질 수 있다.
따라서 현재까지 개발된 접촉식 가스 분석기는, 가스 분석기 내부에 배기가스의 온도를 강하하기 위한 별도의 냉각 장치를 내장하거나, 또는 고온의 열에도 견딜 수 있는 세라믹 센서와 같은 고가의 센서를 사용할 수 밖에 없었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연소시설물 내 배기가스 성분을 현장에서 실시간으로 측정하되, 배기가스의 성분 측정 전 가스센서가 요구하는 온도로 배기가스의 온도를 강하하는 기능을 가진 접촉식 휴대용 가스 분석기를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배기가스가 배출되는 연소시설물의 외벽에 마련되는 제1 플랜지에 삽입되어 상기 연소시설물 내부로 연장되며, 상기 연소시설물 내부의 배기가스 중 일부가 유입되는 제1 배관; 배기가스의 흐름에 대하여 상기 제1 플랜지보다 하류 측의 상기 연소시설물의 외벽에 마련되는 제2 플랜지에 삽입되어 상기 연소시설물 내부로 연장되며, 상기 제1 배관으로 유입된 배기가스를 상기 연소시설물 내부로 다시 배출하는 제2 배관; 상기 제1 배관과 상기 제2 배관 사이를 연결하며 배기가스가 흐르는 유로를 형성하는 전처리배관; 및 상기 제2 배관 상에 장착되어 배기가스의 성분을 분석하는 가스 분석기;를 포함하고, 상기 제1 배관을 통해 유입된 배기가스는 상기 전처리 배관에서 대기와의 열교환을 통해 온도가 강하되어 상기 가스 분석기가 요구하는 목표 온도에 맞추어지는 것을 특징으로 하는, 접촉식 휴대용 가스 분석기를 제공한다.
상기 전처리 배관은 신축이 가능한 벨로우즈 배관(bellows pipe) 또는 코일형 배관(coil pipe)일 수 있다.
본 발명은 상기 제2 배관에 설치되어 배기가스의 온도를 측정하는 온도계; 상기 제2 배관에서 상기 온도계의 하류 측에 설치되어, 상기 온도계에서 측정된 온도에 따라 상기 제2 배관의 개폐를 제어하는 제2 개폐밸브;를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 제1 배관 내로 표준가스를 공급하는 표준가스 주입부; 및 상기 제1 배관과 상기 제2 배관을 연결하되 상기 전처리 배관과는 다른 경로를 형성하는 표준가스 배관;을 더 포함하고, 상기 가스 분석기의 교정이 이루어지는 경우에는, 상기 전처리 배관의 유로를 차단하고, 상기 표준가스 배관을 통해 상기 가스 분석기 측으로 표준가스를 공급할 수 있다.
상기 가스 분석기는 배기가스와 직접 접촉하여 성분을 측정하는 가스센서를 포함하고, 상기 가스센서는 상기 제2 배관에서 상기 제2 개폐밸브의 하류 측에 마련되는 분석기 장착부에 의해 상기 제2 배관 내부로 삽입될 수 있다.
본 발명은 상기 제1 배관을 지지하며 상기 제1 플랜지에 결합되는 제1 결합플랜지; 및 상기 제2 배관을 지지하며 상기 제2 플랜지에 결합되는 제2 결합플랜지;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 배관은 상기 제2 배관보다 작은 직경을 가지며, 상기 제1 배관 및 상기 제2 배관의 직경 차이로 발생하는 압력차에 의해, 상기 연소시설물 내의 일부 배기가스가 상기 제1 배관으로 유입되어 상기 제2 배관으로 흐르는 흐름이 발생할 수 있다.
본 발명에 따르면, 연소시설물로부터 일부 배기가스를 추출하여 연소시설물 외부에 설치되는 가스 분석기에서 바로 성분을 측정할 수 있으므로, 현장에서 실시간으로 배기가스의 성분 분석이 가능하다.
또한, 본 발명은 연소시설물로부터 추출된 배기가스가 가스 분석기에 도달하기 전에, 전처리 배관을 통과하는 과정에서 대기와의 열교환에 의해 가스센서가 요구하는 목표 온도에 맞춰지도록 구성함으로써, 배관 구성만으로 간단하게 배기가스의 전처리를 수행할 수 있다는 효과가 있다.
즉, 본 발명은 가스센서가 요구하는 목표 온도로 배기가스의 온도를 강하하는 기능을 구비함으로써, 종래와 같이 가스 분석기 내부에 별도의 냉각 장치와 같은 전처리 장치를 내장할 필요가 없다.
또한, 본 발명은 배기가스가 가스센서에 도달 하기 전에 다양한 온도 범위로 강하될 수 있으므로, 가스센서의 사용 온도 범위에 제한을 받지 않으며, 다양한 종류의 접촉식 센서가 제한 없이 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 하나의 장치를 이용하여 배기가스의 성분 분석과 가스 분석기의 교정이 모두 가능하다는 효과가 있다.
본 발명은 가스센서를 배기가스와 직접 접촉시키는 방식으로 휴대성이 매우 뛰어나다.
또한, 본 발명은 가스 분석기의 부착 부위가 연소시설물의 외부에 위치하므로, 가스센서가 연소시설물 내부의 고온의 열에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 가스 분석기의 이상 발생시에도 기존 설비를 계속 가동한 상태에서 가스 분석기의 수시 점검 및 정비가 가능하다.
더불어, 본 발명은 제1 배관 및 제2 배관의 압력차에 의해 연소시설물로부터 일부 배기가스를 추출하므로, 배기가스를 추출하기 위한 별도의 흡입 장치가 필요하지 않다는 효과가 있다.
도 1은 종래의 접촉식 가스 분석기의 예시 모델을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 비접촉식 가스 분석기의 예시 모델을 나타낸 도면이다.
도 3은 기존 연소시설물에 부착되어 있는 플랜지를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 접촉식 휴대용 가스 분석기를 나타낸 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 기존 연소시설물에 부착되어 있는 플랜지를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 접촉식 휴대용 가스 분석기를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 기존의 연소시설물의 외벽에는 다양한 목적을 위해 설치되는 다수의 플랜지(flange)가 마련되며, 이러한 플랜지들은 비사용시 착탈 가능한 개폐수단에 의해 막혀있다.
본 발명은 기존 연소시설물에 기설치된 플랜지를 이용하여 연소시설물 내 배기가스의 일부를 추출하여 성분을 분석할 수 있는 접촉식 휴대용 가스 분석기를 제공한다.
도 4를 참조하여 본 발명의 구성을 더욱 자세하게 살펴보면, 본 발명에 따른 접촉식 휴대용 가스 분석기는, 배기가스가 배출되는 연소시설물(100)의 외벽에 마련되는 제1 플랜지(101)에 삽입되어 연소시설물(100) 내부로 연장되는 제1 배관(201); 배기가스가 배출되는 연소시설물(100)의 외벽에 마련되는 제2 플랜지(102)에 삽입되어 연소시설물(100) 내부로 연장되는 제1 배관(202); 제1 배관(201)과 제2 배관(202) 사이를 연결하며 배기가스가 흐르는 유로를 형성하는 전처리 배관(203); 및 제2 배관(202) 상에 장착되어 배기가스의 성분을 분석하는 가스 분석기(300);를 포함한다.
연소시설물(100)은 배기덕트와 같이 배기가스가 배출되는 설비일 수 있으며, 내부에 배기가스의 일방향 흐름이 형성된다.
본 발명은 연소시설물(100)의 외벽에 형성된 다수의 플랜지 중 두 개의 플랜지를 이용한 것으로, 제1 플랜지(101)는 연소시설물(100) 내 배기가스의 일부를 추출하기 위한 것이며, 배기가스의 흐름에 대하여 제1 플랜지(101)보다 하류 측에 마련되는 제2 플랜지(102)는 추출된 일부 배기가스의 복귀를 위한 것이다.
제1 배관(201)은 제1 결합플랜지(211)에 의해 지지될 수 있으며, 제1 결합플랜지(211)가 제1 플랜지(101)에 볼트 결합됨으로써 제1 배관(201)이 연소시설물(100) 내부로 안정적으로 삽입 및 지지될 수 있다.
유사하게 제2 배관(202)은 제2 결합플랜지(212)에 의해 지지될 수 있으며, 제2 결합플랜지(212)가 제2 플랜지(102)에 볼트 결합됨으로써 제2 배관(202)이 연소시설물(100) 내부로 안정적으로 삽입 및 지지될 수 있다.
제1 배관(201)은 제1 플랜지(101)에 삽입되어 연소시설물(100) 내부로 연장되며, 연소시설물(100) 내 배기가스의 일부가 제1 배관(201)을 통해 흡입된다.
제2 배관(202)은 제2 플랜지(102)에 삽입되어 연소시설물(100) 내부로 연장되며, 제1 배관(201)으로 흡입된 일부 배기가스를 다시 연소시설물(100) 내로 배출한다.
제1 배관(201) 및 제2 배관(202)은 금속 재질의 배관을 사용할 수 있다. 제1 배관(201)과 제2 배관(202) 상에는 각각 제1 개폐밸브(v1) 및 제2 개폐밸브(v2)가 설치되어 가스의 흐름을 제어할 수 있다.
제2 배관(202) 상에서 제2 개폐밸브(v2)의 하류 측에 가스 분석기(300)가 장착되는 분석기 장착부(213)가 마련될 수 있다. 분석기 장착부(213)는 가스 분석기(300)의 가스센서(301)가 제2 배관(202) 내로 삽입될 수 있는 형태로 마련될 수 있다.
전처리 배관(203)은 제1 배관(201)과 제2 배관(202) 사이를 연결하며 배기가스가 흐르는 유로를 형성한다. 전처리 배관(203) 상에는 가스의 흐름을 제어하는 제3 개폐밸브(v3)가 설치될 수 있다.
제1 배관(201)을 통해 연소시설불(100)로부터 추출된 배기가스는 전처리 배관(203)을 거친 후, 제2 배관(202)을 통해 연소시설물(100) 내로 복귀한다.
이때 배기가스는 전처리 배관(203)을 거치면서 대기와의 열교환에 의해 목표 온도로 맞춰질 수 있다. 여기서 '목표 온도'란 가스센서(301)의 사용 온도 범위에 적합한 온도, 즉 가스센서(301)가 요구하는 온도를 의미한다.
본 발명에서 가스센서(301)가 요구하는 목표 온도는 바람직하게는 상온 또는 40℃ 내지 80℃로 설정될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 제한되거나 한정되는 것은 아니며, 후술하는 바와 같이 본 발명에 적용되는 가스센서(301)는 사용되는 온도 범위에 제한을 받지 않는다.
전처리 배관(203)은 배기가스와 대기와의 충분한 열교환이 이루어질 수 있도록, 즉 목표로 하는 온도 강하를 만족할 수 있도록, 신축이 가능한 벨로우즈 배관(bellows pipe)으로 마련되거나, 또는 긴 경로를 가지는 코일형 배관(coil pipe)로 마련될 수 있다. 전처리 배관(203)은 해석을 통해 배기가스의 목표 온도를 맞추기 위한 적절한 길이로 설계될 수 있다.
또한, 전처리 배관(203)은 열교환이 용이하도록 구리 또는 알루미늄이 함유된 동관, 알루미늄관, 스테인리스관 등 금속 재질의 배관으로 마련될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 대기와의 열교환이 이루어지기 용이한 다른 재질로 마련될 수도 있다.
또한, 본 발명은 전처리 배관(203)을 통과하는 배기가스의 열교환 성능을 높이기 위하여, 전처리 배관(203)에 냉각수를 분사하는 등의 장치(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
전처리 배관(203)에서 목표 온도로 맞춰진 배기가스는 제2 배관(202)으로 이송되어 연소시설물(100) 내로 복귀하며, 이 과정에서 일부가 제2 배관(202) 상에 창착된 가스 분석기(300)로 공급되어 배기가스의 성분 분석이 이루어진다.
제2 개폐밸브(v2)의 상류 측의 제2 배관(202) 상에는 온도계(T)가 설치될 수 있다. 온도계(T)는 전처리 배관(203)으로부터 제2 배관(202)으로 유입된 배기가스의 온도를 측정하여, 측정된 배기가스의 온도에 따라 제2 개폐밸브(v2)의 개폐를 제어한다.
온도계(T)에 의해 측정된 배기가스의 온도가 가스 분석기(300)의 사용에 적합한 목표 온도에 맞춰지면, 제2 개폐밸브(v2)를 개방하여 배기가스가 가스 분석기(300) 측에 도달되도록 한다.
온도계(T)에 의해 측정된 배기가스의 온도가 목표 온도까지 내려가지 않은 상태에서는, 제2 개폐밸브(v2)를 차단하여 전처리 배관(203) 측에서 배기가스와 대기와의 열교환이 더 이루어지게 한 후, 배기가스가 목표 온도에 맞춰지면 제2 개폐밸브(v2)를 개방하여 가스 분석기(300) 측에 도달되도록 한다.
이와 같이 본 발명은 온도계(T)에 의해 배기가스가 목표 온도에 맞춰졌는지 여부를 확인하고 제2 개폐밸브(v2)의 개폐를 제어함으로써, 가스센서(301)가 배기가스의 고온의 열에 의해 손상되는 것을 방지한다.
본 발명에서 전처리 배관(203)은, 제1 배관(201)을 통해 유입된 배기가스가 후술할 가스 분석기(300) 측에 도달하기 전에 설정된 목표 온도에 맞춰지도록 조절하는 전처리 장치의 역할을 한다고 할 수 있다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 전처리 배관(203) 상에는 배기가스 중의 수분을 제거하는 수분 필터 또는 애쉬(ash) 등의 기타 이물질을 제거하는 이물질 필터가 설치될 수도 있다. 따라서 전처리 배관(203)을 통과하는 배기가스는 균일한 기체상을 유지할 수 있으며, 제2 배관(202)에 장착된 가스 분석기(300)에 의해 정확한 성분 분석이 이루어질 수 있다.
가스 분석기(300)는 제2 배관(202)에 마련되는 분석기 장착부(213)에 삽입 또는 장착되어 제2 배관(202)을 유동하는 배기가스와 직접 접촉하여 성분을 측정하는 가스센서(301)와, 가스센서(301)에서 측정된 신호를 전달받아 분석하는 휴대용 분석기(302)와, 휴대용 분석기(302)에서 분석된 데이터를 전달받아 데이터 로그(data log)를 수행하는 전자기기(303)를 포함한다.
가스센서(301)는 배기가스와 직접 접촉하여 성분을 측정하는 접촉식 센서일 수 있다. 일예로 가스센서(301)는 전기화학식 가스센서로서 가스 흡착으로 인한 전기저항의 변화를 검출하는 센서일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 다양한 접촉식 가스센서가 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 적용되는 가스센서(301)는 사용되는 온도 범위에 제한을 받지 않는다.
본 발명에서 가스센서(301)에 의해 측정되는 배기가스는, 가스센서(301)에 도달하기 전에 전처리 배관(203)을 거치면서 온도가 강하되며, 전처리 배관(203)을 어떻게 설계하는지에 따라 또는 전처리 배관(203)에 머무르는 시간의 경과에 따라서 다양한 온도 범위로 강하될 수 있다.
따라서, 가스센서(301)는 저온에서 사용가능한 저렴한 센서부터 고온에서 사용가능한 고가의 센서까지 제한 없이 사용될 수 있으며, 어떠한 센서를 사용하는지에 따라 사용자가 온도 조건을 다르게 설정하고, 설정된 목표 온도에 따라 전처리 배관(203)의 설계(형상, 길이, 재질 등)를 달리 하면 된다.
휴대용 분석기(302)는 가스센서(301)로부터 전달받은 신호를 분석하고 분석된 데이터를 전자기기(303)로 전송한다. 휴대용 분석기(302)는 USB 통신 케이블을 통하여 PC, 테블릿 PC 또는 스마트 폰 등의 전자기기(303)와 연결될 수 있다.
전자기기(303)는 USB 통신 케이블을 통해 전송받은 데이터를 모니터에 표시하고 데이터 로그(data log)를 수행한다.
한편, 본 발명 제1 배관(201)과 제2 배관(202)의 직경에 차이를 두어, 배관의 압력차에 의하여 연소시설물(100) 내 일부 배기가스를 추출하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 제1 배관(201)은 제2 배관(202)보다 작은 직경으로 마련된다.
연소시설물(100) 내부는 연소시설물(100)의 출구 측에 설치된 배출팬(미도시)에 의해 음압이 작용하는데, 이때 제1 배관(201)의 직경을 제2 배관(202)의 직경보다 작게 형성하면 제1 배관(201)과 제2 배관(202)에 압력차가 발생한다. 이러한 압력차에 의하여 연소시설물(100) 내 배기가스 중 일부가 제1 배관(201)으로부터 제2 배관(202)으로 흐르는 흐름이 형성된다.
더욱 상세하게는, 제1 배관(201)에 작용하는 압력보다 제2 배관(202)에 작용하는 압력이 낮아져서, 연소시설물(100) 내 일부 배기가스가 제1 배관(201)을 통해 유입되고, 제1 배관(201)으로 유입된 배기가스는 전처리 배관(203)을 거쳐 제2 배관(202)을 통해 다시 연소시설물(100) 내부로 배출되는 것이다.
따라서 본 발명은 진공 발생기 또는 펌프 등과 같이 별도의 배기가스 흡입 장치 없이도, 배관의 압력차에 의해 연소시설물(100) 내 배기가스 중 일부를 자연스럽게 연소시설물(100) 외부로 추출할 수 있다.
제1 배관(201)과 제2 배관(202)의 직경은 연소시설물(100)의 크기, 연소시설물(100) 내부에 흐르는 배기가스의 유량 등에 따라 결정될 수 있는데, 제2 배관(202)의 단면적이 제1 배관(201)의 단면적의 2배 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 여기서 배관의 단면적이란 배관이 형성하는 통로의 단면적을 의미한다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 펌프 또는 블로워(blower)와 같은 별도의 흡입 장치(미도시)를 두어 배기가스를 추출하는 것도 가능함은 자명하다. 이때 흡입 장치(미도시)는 제1 배관(201) 상에서 후술할 표준가스 주입부(204)의 하류 측에 설치되는 것이 바람직할 것이다.
한편, 본 발명은 제1 배관(201) 상에 설치되어 제1 배관(201) 내로 표준가스를 공급하는 표준가스 주입부(204)와, 제1 배관(201)과 제2 배관(202)을 연결하는 표준가스 배관(205)을 더 포함할 수 있다.
표준가스 배관(205)은 직관(straight pipe)으로 마련되어 제1 배관(201)과 제2 배관(202)을 연결할 수 있으며, 상기의 전처리 배관(203)과는 다른 경로를 형성한다. 즉, 제1 배관(201)으로부터 제2 배관(202)으로 이어지는 경로는 전처리 배관(203)과 표준가스 배관(205)의 두 가지 경로로 나뉘어질 수 있다.
표준가스 주입부(204)에는 표준가스의 공급을 제어하는 제4 개폐밸브(v4)가 설치될 수 있고, 표준가스 배관(205) 상에는 표준가스의 흐름을 제어하는 제5 개폐밸브(v5)가 설치될 수 있다.
본 발명은 가스센서(301)의 교정이 필요한 경우, 표준가스 주입부(204)을 통해 제1 배관(201)으로 표준가스를 공급하고, 제1 배관(201)으로 공급된 표준가스는 표준가스 배관(205)을 통해 제2 배관(202)으로 이송되어, 제2 배관(202) 상에 장착된 가스센서(301)의 교정에 사용될 수 있다.
가스센서(301)의 교정이 목적인 표준가스를 전처리 배관(203)을 통해 공급한다면, 전처리 배관(203)에 잔존하는 배기가스의 성분이 표준가스에 혼합되어 가스센서(301)의 정확한 교정을 방해할 수 있으므로, 본 발명은 가스 분석기(300) 측으로 표준가스를 공급하는 라인을 전처리 배관(203)과는 별도의 라인으로 마련한 것이다.
도 4에는 표준가스 배관(205)에 제5 개폐밸브(v5) 하나만 설치되는 것이 도시되어 있지만, 표준가스 배관(205)의 시작점과 끝점에 각각 별도의 밸브가 설치될 수도 있다. 또는, 제3 개폐밸브(v3)와 제5 개폐밸브(v5)의 구성 대신 전처리 배관(203)과 표준가스 배관(205)이 나뉘어지는 각각의 지점(분기되는 지점과 다시 합류되는 지점)에 삼방밸브가 설치되도록 구성할 수도 있을 것이다.
계속 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 접촉식 휴대용 가스 분석기의 작동 방법을 살펴본다.
우선 본 발명에 따른 접촉식 가스 분석기에 의해 배기가스의 성분 분석이 개시되면, 연소시설물(100)에 마련된 제1 플랜지(101) 및 제2 플랜지(102)를 막고 있는 개폐수단을 제거하고, 제1 배관(201) 및 제2 배관(202)을 각각 제1 플랜지(101) 및 제2 플랜지(102)를 통해 연소시설물(100) 내부로 삽입한다.
그리고 제1 배관(201) 상에 설치되는 제1 개폐밸브(v1), 제2 배관(202) 상에 설치되는 제2 개폐밸브(v2), 전처리 배관(203) 상에 설치되는 제3 개폐밸브(v3)를 개방한다. 이때 표준가스 주입부(204)에 설치되는 제4 개폐밸브(v4)와 표준가스 배관(205) 상에 설치되는 제5 개폐밸브(v5)는 차단한다.
제1 내지 제3 개폐밸브(v1 내지 v3)를 개방하면, 제1 배관(201)과 제2 배관(202)의 배관 내 압력차에 의하여, 연소시설물(100) 내 배기가스 중 일부가 제1 배관(201)으로 흡입된 후 전처리 배관(203)을 거쳐 제2 배관(202)로 배출된다.
배기가스는 전처리 배관(203)을 거치면서 대기와의 열교환에 의해 가스센서(301)가 요구하는 목표 온도로 강하된 후, 제2 배관(202) 상에 장착된 가스센서(301)와 직접 접촉하여 배기가스의 성분 분석이 이루어진다.
이때 제2 배관(202) 상에 설치된 온도계(T)에 의해 배기가스의 온도를 측정하고, 측정된 온도가 목표 온도에 도달하였는지 여부에 따라 제2 개폐밸브(v2)의 개폐 여부를 제어할 수 있다.
전처리 배관(203)은 해석을 통해 배기가스가 목표 온도로 강하되기 위한 적절한 형상, 길이 및 재질로 설계되지만, 만약의 상황을 대비하여 온도계(T)에 도달한 배기가스의 온도가 가스센서(301)가 요구하는 목표 온도까지 강하되지 않았을 때에는 제2 개폐밸브(v2)를 차단한다. 제2 개폐밸브(v2)가 차단되면 배기가스가 전처리 배관(203) 측에 더 머물면서 대기와의 열교환에 의해 목표 온도까지 하강하고, 온도계(T)에서 측정되는 온도가 목표 온도를 만족시키면 제2 개폐밸브(v2)를 다시 개방하여 배기가스를 가스센서(301) 측으로 공급되도록 한다.
다음으로 가스 분석기(300)의 교정이 필요한 경우에는, 연소시설물(100)로부터 제1 배관(201)으로 배기가스의 유입을 차단하기 위하여 제1 개폐밸브(v1)를 차단하고, 표준가스 주입부(204)에 설치된 제4 개폐밸브(v4)를 개방하여 제1 배관(201) 상으로 표준가스를 공급한다.
그리고 전처리 배관(203) 상에 설치된 제3 개폐밸브(v3)를 차단하고, 표준가스 배관(205) 상에 설치된 제5 개폐밸브(v5)를 개방하여, 제1 배관(201)으로 공급된 표준가스가 표준가스 배관(205)을 통해 제2 배관(202)으로 흐르도록 한다.
제2 배관(202)으로 흐르는 표준가스는 가스 분석기(300)의 교정에 사용된 후 제2 배관(202)을 통해 연소시설물(100) 내부로 배출된다.
배기가스의 성분을 측정하는 경우 또는 가스 분석기(300)의 교정이 이루어지는 경우에 제3 개폐밸브(v3)와 제5 개폐밸브(v5)는 반대로 작동하므로, 자동으로 두 밸브가 반대로 작동하도록 설정해놓을 수 있다. 즉, 제3 개폐밸브(v3)와 제5 개폐밸브(v5)는 서로 반대로 작동하여, 전처리 배관(203)과 표준가스 배관(205) 중 어느 하나만 택일적으로 개방되도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 연소시설물(100)로부터 일부 배기가스를 추출하여 연소시설물(100) 외부에 설치되는 가스 분석기(300)에서 바로 성분을 측정할 수 있으므로, 현장에서 실시간으로 배기가스의 성분 분석이 가능하다.
또한, 본 발명은 연소시설물(100)로부터 추출된 배기가스가 가스 분석기(300)에 도달하기 전에, 전처리 배관(203)을 통과하는 과정에서 대기와의 열교환에 의해 가스센서(301)가 요구하는 목표 온도에 맞춰지도록 구성함으로써, 배관 구성만으로 간단하게 배기가스의 전처리를 수행할 수 있다는 효과가 있다.
즉, 본 발명은 가스센서(301)가 요구하는 목표 온도로 배기가스의 온도를 강하하는 기능을 구비함으로써, 종래와 같이 가스 분석기 내부에 별도의 냉각 장치와 같은 전처리 장치를 내장할 필요가 없다.
또한, 본 발명은 배기가스가 가스센서(301)에 도달 하기 전에 다양한 온도 범위로 강하될 수 있으므로, 가스센서(301)의 사용 온도 범위에 제한을 받지 않으며, 다양한 종류의 접촉식 센서가 제한 없이 적용될 수 있다.
본 발명은 가스센서(301)를 배기가스와 직접 접촉시키는 방식으로 휴대성이 매우 뛰어나다.
또한, 본 발명은 가스 분석기(300)의 부착 부위가 연소시설물(100)의 외부에 위치하므로, 가스 분석기(300)의 가스센서(301)가 연소시설물(100) 내부의 고온의 열에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 가스 분석기(300)의 이상 발생시에도 기존 설비를 계속 가동한 상태에서 가스 분석기(300)의 수시 점검 및 정비가 가능하다.
더불어, 본 발명은 제1 배관(201) 및 제2 배관(202)의 압력차에 의해 연소시설물(100)로부터 일부 배기가스를 추출하므로, 배기가스를 추출하기 위한 별도의 흡입 장치가 필요하지 않다는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 특정 실시예를 중심으로 하여 설명하였지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술 분야에 있을 수 있으며, 따라서 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 연소시설물 101 : 제1 플랜지
102 : 제2 플랜지
201 : 제1 배관 202 : 제2 배관
203 : 전처리 배관 204 : 표준가스 주입부
205 : 표준가스 배관 211 : 제1 결합플랜지
212 : 제2 결합플랜지 213 : 분석기 장착부
300 : 가스 분석기 301 : 가스센서
302 : 가스분석기 303 : 전자기기
v1 : 제1 개폐밸브 v2 : 제2 개폐밸브
v3 : 제3 개폐밸브 v4 : 제4 개폐밸브
v5 : 제5 개폐밸브 T : 온도계

Claims (7)

  1. 배기가스가 배출되는 연소시설물의 외벽에 마련되는 제1 플랜지에 삽입되어 상기 연소시설물 내부로 연장되며, 상기 연소시설물 내부의 배기가스 중 일부가 유입되는 제1 배관;
    배기가스의 흐름에 대하여 상기 제1 플랜지보다 하류 측의 상기 연소시설물의 외벽에 마련되는 제2 플랜지에 삽입되어 상기 연소시설물 내부로 연장되며, 상기 제1 배관으로 유입된 배기가스를 상기 연소시설물 내부로 다시 배출하는 제2 배관;
    상기 제1 배관과 상기 제2 배관 사이를 연결하며 배기가스가 흐르는 유로를 형성하는 전처리배관; 및
    상기 제2 배관 상에 장착되어 배기가스의 성분을 분석하는 가스 분석기;를 포함하고,
    상기 제1 배관을 통해 유입된 배기가스는 상기 전처리 배관에서 대기와의 열교환을 통해 온도가 강하되어 상기 가스 분석기가 요구하는 목표 온도에 맞추어지고, 상기 전처리 배관의 길이는 상기 배기가스의 목표 온도를 맞추기 위한 길이로 설계되며,
    상기 전처리 배관 상에는 배기가스 중의 수분을 제거하는 수분 필터 또는 이물질을 제거하는 이물질 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는,
    접촉식 휴대용 가스 분석기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전처리 배관은 신축이 가능한 벨로우즈 배관(bellows pipe) 또는 코일형 배관(coil pipe)인 것을 특징으로 하는,
    접촉식 휴대용 가스 분석기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 배관에 설치되어 배기가스의 온도를 측정하는 온도계;
    상기 제2 배관에서 상기 온도계의 하류 측에 설치되어, 상기 온도계에서 측정된 온도에 따라 상기 제2 배관의 개폐를 제어하는 제2 개폐밸브;를 더 포함하는,
    접촉식 휴대용 가스 분석기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 배관 내로 표준가스를 공급하는 표준가스 주입부; 및
    상기 제1 배관과 상기 제2 배관을 연결하되 상기 전처리 배관과는 다른 경로를 형성하는 표준가스 배관;을 더 포함하고,
    상기 가스 분석기의 교정이 이루어지는 경우에는, 상기 전처리 배관의 유로를 차단하고, 상기 표준가스 배관을 통해 상기 가스 분석기 측으로 표준가스를 공급하는 것을 특징으로 하는,
    접촉식 휴대용 가스 분석기.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 가스 분석기는 배기가스와 직접 접촉하여 성분을 측정하는 가스센서를 포함하고,
    상기 가스센서는 상기 제2 배관에서 상기 제2 개폐밸브의 하류 측에 마련되는 분석기 장착부에 의해 상기 제2 배관 내부로 삽입되는 것을 특징으로 하는,
    접촉식 휴대용 가스 분석기.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 배관을 지지하며 상기 제1 플랜지에 결합되는 제1 결합플랜지; 및
    상기 제2 배관을 지지하며 상기 제2 플랜지에 결합되는 제2 결합플랜지;를 더 포함하는,
    접촉식 휴대용 가스 분석기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 배관은 상기 제2 배관보다 작은 직경을 가지며,
    상기 제1 배관 및 상기 제2 배관의 직경 차이로 발생하는 압력차에 의해, 상기 연소시설물 내의 일부 배기가스가 상기 제1 배관으로 유입되어 상기 제2 배관으로 흐르는 흐름이 발생하는 것을 특징으로 하는,
    접촉식 휴대용 가스 분석기.
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