KR102015227B1 - 열탈착부와 ndir부를 갖는 콤팩트형 배출가스 분석장치 및 그 분석방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배출 가스의 오염 농도를 측정하기 위한 배출가스 분석장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치 및 그 분석방법에 관한 것이다. 이를 위해, 배출가스가 유입되는 외기흡입구(25); 배출가스를 유동시키기 위한 유동수단; 유동수단에 연결되고, 배출가스를 포집하는 열탈착부(330); 및 열탈착부(330)에 연결되어 성분 농도를 분석하는 NDIR부(400);를 포함하고, NDIR부(400)의 내부에는 배출가스중 하나의 성분을 분석하는 NDIR(100)이 열탈착부(330)에 병렬로 복수개가 연결되고, 각 NDIR(100)은 각각 다른 성분(BTEX)을 분석하도록 구성된다.
Description
본 발명은 배출 가스의 오염 농도를 측정하기 위한 배출가스 분석장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치 및 그 분석방법에 관한 것이다.
현대 산업사회의 급속한 발전은 인류의 삶의 질을 향상시키게 해준 반면, 무분별한 자연훼손 및 개발로 인해 여러 가지 환경문제를 야기하였다. 특히, 급격한 산업 발달에 따른 에너지 소비 증가로 인해 대기 오염가스 배출이 급증하였고, 이로 인한 오염문제는 심각한 상황에 직면하고 있다. 이를 막기 위해서는 공장 또는 자동차 배기관 등 각종 배출오염원들로부터 배출되는 가스의 종류와 성분별 농도를 파악하는 것이 필수적이다.
현재 휘발성 유해물질 및 악취성분을 분석하는 데에는 통상 가스 크로마토그래피(Gas Chromatography, 이하, "GC"로 약칭함)가 이용되고 있다. 그리고, 분석하고자 하는 휘발성 유해물질 및 악취성분 시료를 포집한 후 그 포집된 시료를 GC에 일정량 만큼 주입함에 있어서는, 액화농축 시료주입법외에, 기체시료를 액화 농축시키지 않고 고체 흡착관에 포집한 뒤 그 흡착관에 열을 가하면서 GC에 직접 주입하는 소위 열탈착 방법이 사용되고 있다.
도 1은 종래의 진공 열탈착 시스템(한국 특허등록 제 10-0846190호)에 관한 개략적인 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 진공 열탈착 시스템은 시료의 탈착 및 건조용 기체를 저장한 탈착·건조기체 저장탱크(10)와, 대기 중의 휘발성 유해물질 및 악취물질을 진공 펌프(23)와 유량조절기(24)를 이용하여 채집하는 동안에 시료건조기(21)로 습기를 제거한 뒤 포집하여 수용하는 한편, 그 포집된 시료에 열을 가하면서 탈착·건조기체 저장탱크(10)로부터 탈착·건조기체를 공급받아서 시료를 열탈착시키는 저온흡착관(13)과, 탈착한 시료를 가열하면서 진공 압출하여 시료를 일시적으로 저장한 뒤 다시 샘플루프부로 공급하는 시료저장 및 공급부(30)와, 저온 흡착관(13)에 대기 중의 시료와 탈착·건조기체가 번갈아 이송되도록 하는 제1 제어밸브와(20), 저온흡착관(13)의 흡착제(14)의 온도를 저온으로 유지시키는 냉각관(15)과, 시료저장 및 공급부(30)로부터 공급된 시료를 일정량만큼 수용하는 두 개 이상의 루프(50,51)와, 루프에 수용된 시료를 두 개 이상의 시료분석장치 쪽으로 밀어서 내보내는 운반가스를 저장·공급하는 운반가스 저장탱크(60)와, 시료저장 및 공급부(30) 쪽으로 시료를 공급 또는 차단하는 제2 유량조절밸브(31)와, 제2 유량조절밸브(31)를 통과한 시료를 샘플루프부 쪽으로 공급하거나 차단함과 아울러 운반가스를 샘플루프부 쪽으로 공급 또는 차단하는 제2 제어밸브(40) 및, 각각의 루프(50,51)로 공급되는 운반가스의 유량을 조절하는 제3,4 유량조절밸브(61,62)를 포함한다.
이러한 종래의 진공 열탈착 시스템은 시료의 흡착제에서 시료가 열탈착될 때 초기에는 급격한 온도의 증가 없이 낮은 온도에서 시료저장 및 공급부(30)를 이용하여 진공을 걸어 낮은 온도에서도 열탈착이 가능하게 할 수 있다. 이와 같은 낮은 온도에서의 진공 열탈착이 이루어질 경우에는 열적으로 불안정한 화합물의 분석이 가능해진다. 또한, 두 개 이상의 루프(50,51)를 통하여 항상 일정량의 시료가 빠른 시간동안 각각의 독립된 시료분석장치로 공급되므로 GC(65)의 분석 컬럼에서 시료가 늘어지는 테일링 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 재현성을 크게 향상시키면서 동시에 다양한 물질의 분석이 가능한 장점이 있다. 그리고, GC(65)와 같은 고가의 장비를 여러 대 사용하지 않고서도 하나의 GC(65)에서 여러 컬럼으로 시료를 이송하여 독립된 검출기에서 분석이 가능하기 때문에 경제적이고 신속하게 효과적으로 시료를 분석할 수 있는 장점이 있었다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 진공 열탈착 시스템은 다음과 같은 단점이 있었다. 먼저, 고가의 GC(65)를 사용하기 때문에 전체 분석 시스템의 가격이 증가하는 경제적인 부담이 컸다. 또한, 탈착건조기체 저장탱크(10), 운반가스 저장탱크(60), 수소탱크, 에어탱크 등 많은 부속 장비들로 인해 공간을 크게 차지하고 이에 따른 전체 시스템의 운영비용이 크게 증가하곤 하였다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 배출가스 분석 시스템의 구조를 간단히 하여 콤팩트하게 유지할 수 있는 열탈착부와 NDIR부를 갖는 콤팩트형 배출가스 분석장치 및 그 분석방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은, 배출가스의 모든 성분을 분석할 수 있는 GC 대신 환경오염과 관련하여 크게 주목받고 있는 대표적인 유해물질 성분만(벤젠(B), 톨루엔(T), 에틸벤젠(E), 자일렌(X), 이하 'BTEX'라 함)을 신속하게 분석할 수 있는 열탈착부와 NDIR부를 갖는 콤팩트형 배출가스 분석장치 및 그 분석방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예로서, 배출가스가 유입되는 외기흡입구(25); 배출가스를 유동시키기 위한 유동수단; 유동수단에 연결되고, 상기 배출가스를 포집하는 열탈착부(330); 및 열탈착부(330)에 연결되어 성분 농도를 분석하는 NDIR부(400);를 포함하고, NDIR부(400)의 내부에는 배출가스중 하나의 성분을 분석하는 NDIR(100)이 열탈착부(330)에 병렬로 복수개가 연결되고, 각 NDIR(100)은 각각 다른 성분을 분석하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치가 제공된다.
또한, 유동수단은, 외기흡입구(25)와 연결되는 펌프(320); 및 펌프(320)와 연결되는 유량조절밸브(310)를 포함할 수 있다.
또한, 외기흡입구(25)와 상기 열탈착부(330) 사이에는 상기 배출가스의 수분을 제거하기 위한 시료건조기(300)가 더 포함될 수 있다.
또한, 열탈착부(330)는 -40℃ ~ -20℃ 에서 흡착하여 포집하고, 진공으로 열탈착시켜 배출가스를 NDIR부(400)로 이동시키는 저온흡착부(340)를 포함한다.
또한, NDIR부(400)는, 배출가스중 벤젠(B)의 농도를 분석하는 벤젠(B)용 NDIR(100a); 배출가스중 톨루엔(T)의 농도를 분석하는 톨루엔(T)용 NDIR(100b); 배출가스중 에틸벤젠(E)의 농도를 분석하는 에틸벤젠(E)용 NDIR(100c); 및 배출가스중 자일렌(X)의 농도를 분석하는 자일렌(X)용 NDIR(100d);중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 또 다른 카테고리로서, 전술한 분석장치의 분석방법에 있어서, 유동수단이 배출가스를 유동시키는 과정에서, 외기흡입구(25)를 통해 배출가스가 유입되는 단계(S100); 열탈착부(330)가 배출가스를 포집하고, 진공으로 열탈착하는 단계(S200); 및 NDIR부(400)의 각 NDIR(100)이 배출가스중 지정된 하나의 성분을 분석하는 단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치의 분석방법에 의해 달성될 수 있다.
유입단계(S100)는, 펌프(320)가 외기흡입구(25)를 통해 배출가스를 흡입하는 단계(S110); 및 유량조절밸브(310)가 배출가스의 유량을 제어하는 단계(S130);가 순차적으로 또는 역순으로 수행될 수 있다.
또한, 유입단계(S100)중, 시료건조기(300)가 외기흡입구(25)와 열탈착부(330) 사이에서 배출가스의 수분을 제거하는 단계(S120);가 더 포함될 수 있다.
또한, 열탈착부(330)의 포집단계(S200)는 -40℃ ~ -20℃ 에서 흡착하여 포집된다.
또한, NDIR부(400)는, 배출가스중 벤젠(B)의 농도를 분석하는 벤젠(B)용 NDIR(100a); 배출가스중 톨루엔(T)의 농도를 분석하는 톨루엔(T)용 NDIR(100b); 배출가스중 에틸벤젠(E)의 농도를 분석하는 에틸벤젠(E)용 NDIR(100c); 및 배출가스중 자일렌(X)의 농도를 분석하는 자일렌(X)용 NDIR(100d);중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 배출가스가 유입되는 외기흡입구(25); 배출가스를 유동시키기 위한 유동수단; 유동수단에 연결되고, 배출가스를 포집하는 열탈착부(330); 및 열탈착부(330)에 연결되어 성분 농도를 분석하는 NDIR부(400);를 포함하고, NDIR부(400)의 내부에는 배출가스의 성분 농도를 분석하는 하나의 복합가스 NDIR(600)이 열탈착부(330)에 직렬로 연결되고, 복합가스 NDIR(600)은, 각 성분에 대응하는 광학필터(510)가 조합된 다중필터(500); 및 다중필터(500)의 일측에 구비되고, 각 광학필터(510)에 각각 대응하는 검출기(540);로 구성되는 것을 특징으로 하는 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치가 제공된다.
또한, 다중필터(500)는 4개의 개별 광학필터(510)가 등간격으로 구획되어 조합되고, 각 검출기(540)는 각각의 개별 광학필터(510)의 후면에 일체로 구성될 수 있다.
또한, 다중필터(500)는, 배출가스중 벤젠(B)의 농도를 분석하는 벤젠(B)용 광학필터; 배출가스중 톨루엔(T)의 농도를 분석하는 톨루엔(T)용 광학필터; 배출가스중 에틸벤젠(E)의 농도를 분석하는 에틸벤젠(E)용 광학필터; 및 배출가스중 자일렌(X)의 농도를 분석하는 자일렌(X)용 광학필터;중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 배출가스 분석 시스템의 구조를 간단히 하여 콤팩트하게 유지할 수 있다. 따라서, 시스템 설치의 제약을 덜 받고, 좁은 장소에도 설치하여 운영이 가능하다.
그리고, 배출가스중 대표적인 유해물질 성분만(벤젠(B), 톨루엔(T), 에틸벤젠(E), 자일렌(X), 이하 'BTEX'라 함)을 신속하게 분석할 수 있다. 따라서, 배출가스가 배출되는 모든 공장, 시설, 굴뚝에 간편하게 설치하여 대표 유해물질의 농도만을 우선 분석할 수 있는 편리함이 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 종래의 진공 열탈착 시스템에 관한 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치의 블럭도,
도 3은 도 2의 NDIR부(400)중 NDIR(100)의 제 1 실시예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치의 블럭도,
도 5는 도 4의 NDIR부(400)중 복합가스 NDIR(600)의 실시예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도,
도 6은 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치를 이용한 분석방법의 흐름도이다.
도 1은 종래의 진공 열탈착 시스템에 관한 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치의 블럭도,
도 3은 도 2의 NDIR부(400)중 NDIR(100)의 제 1 실시예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치의 블럭도,
도 5는 도 4의 NDIR부(400)중 복합가스 NDIR(600)의 실시예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도,
도 6은 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치를 이용한 분석방법의 흐름도이다.
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 2는 본 발명의 일실시예에 따른, 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치의 블럭도이고, 도 3은 도 2중 NDIR부(400)중 NDIR(100)의 개략적인 분해 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 분석장치는 일련의 시료건조기(300), 유량조절밸브(310), 펌프(320), 열탈착부(330) 및 NDIR부(400)가 연결되어 있는 구성이다.
시료건조기(300)는 일측으로 외기흡입구(25)가 연결되어 배출가스가 유입될 수 있고, 타측으로는 유량조절밸브(310)가 연결되어 있다. 외기흡입구(25)는 분석을 위한 배출가스가 유입되는 입구이다. 시료건조기(300)는 보다 정확한 성분 분석을 위하여 유입되는 배출가스중 포함된 수분을 제거하기 위한 장치이다. 시료건조기(300)는 내부에 펠티어 소자를 구비하여 -30℃ 정도를 유지함으로서 배출가스중의 수분이나 습기가 성에로 결정화되어 제거되도록 한다. 이러한 시료건조기(300)는 공지의 구성으로서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
유량조절밸브(310)는 시료건조기(300)와 펌프(320) 사이에 구비되고, 마이컴(미도시) 등의 제어명령에 따라 배출가스의 유입량 또는 유동량을 제어한다. 이러한 유량조절밸브(310)는 배출가스의 유동경로중 임의의 위치에 한개 또는 복수개 설치될 수 있다.
펌프(320)는 흡입펌프 또는 진공펌프 등이 대표적인 예이며, 배출가스를 유입하는 동력원의 역할을 한다. 이러한 펌프(320)는 배출가스의 유동경로중 임의의 위치에 한개 또는 복수개 설치될 수 있다.
열탈착부(330)는 일측이 펌프(320)와 연결되고, 타측이 NDIR부(400)와 연결된다. 열탈착부(330)는 시료건조기(300)로부터 이동된 건조한 시료(배출가스)를 저온(예 : -30℃)으로 농축 흡착한 후, 가열하여 탈착시키는 부재이다. 이를 위해, 열탈착부(330)에는 흡착제가 포함된 저온흡착부(340)가 구비되고, 저온흡착부(340)의 둘레에는 저온을 구현하기 위한 냉각관(350) 및 가열 탈착을 구현하기 위한 전열선(360)이 함께 구비된다. 흡착제의 일예로는 카보트랩(carbotrap), 실리카겔(silicagel), 테넥스(Tenax), 또는 카보팩(carbopack) 등이 있다. 저온흡착부(340)의 냉각과 가열을 제어하기 위한 온도센서(미도시)와 조절부(미도시)가 포함될 수 있다.
혼합챔버(370)는 저온흡착부(340)에 연결되고, 그 사이에 진공펌프(372)와 제 1 밸브(374)가 구성된다. 혼합챔버(370)는 시린지 펌프라고도 하며, 탈착된 시료(배출가스)를 일정 농도까지 임시로 저장한다. 혼합챔버(370)내의 피스톤(또는 주사기) 구동으로 시료를 NDIR부(400)로 밀어준다.
NDIR부(400)는 비분산 적외선(Non-Dispersive Infrared absorption: NDIR)분석법으로 기체의 성분과 농도를 연속적으로 측정하는 구성이다. 도 3은 도 2중 NDIR부(400)중 NDIR(100)의 개략적인 분해 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, NDIR(100)은 적외선(infrared, IR) 광원부(120)에서 방출되는 넓은 파장의 IR 복사선이 광학필터(Bandpass filter)(240)를 거치며 특정 IR 파장만이 통과된다. 이 때 IR 파장의 변화를 검출부(250)가 검출하여 전기적 신호로 변환 및 증폭하는 과정으로 농도를 측정하게 된다. 또한, 필요에 따라 GFC(Gas Filter Correlation, 이하 "GFC"라 함)를 탑재하여 가스 간의 농도 간섭효과를 보상할 수도 있다.
즉, NDIR(100)은 가스 분자가 특정 파장의 광(적외선)을 흡수하는 특성을 이용하여 농도에 대한 광 흡수율을 측정함으로써 가스 농도를 구하는 방식이다. 즉, 특정 가스 분자는 특정 파장대의 광만을 흡수하는 특성이 있기 때문에, 가스 분자에 여러 파장의 광을 조사하고 이 중 가스 분자가 흡수하는 파장대의 광만 필터로 걸러내어 측정하는 것이다. NDIR(100)은 광 검출기에 해당 파장만을 투과시키는 광학필터(240)를 부착하면 된다.
본 발명의 일실시예에서는 배출가스중 벤젠(B)의 농도를 분석하는 벤젠(B)용 NDIR(100a); 톨루엔(T)의 농도를 분석하는 톨루엔(T)용 NDIR(100b); 에틸벤젠(E)의 농도를 분석하는 에틸벤젠(E)용 NDIR(100c); 및 자일렌(X)의 농도를 분석하는 자일렌(X)용 NDIR(100d);이 각각 병렬로 구성되어 있다.
제 2 실시예의 구성
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치의 블럭도이고, 도 5는 도 4의 NDIR부(400)중 복합가스 NDIR(600)의 실시예를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다. 도 4에 관한 구성은 제 1 실시예와 도 2의 구성과 유사하므로 구체적인 설명은 중복을 피하기 위해 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 다중필터(500)는 4조각의 개별 광학필터(510)가 조합된 구성으로 이루어져 있다. 이러한 4개의 광학필터(510)는 배출가스중 벤젠(B)의 농도를 분석하는 벤젠(B)용 광학필터; 톨루엔(T)의 농도를 분석하는 톨루엔(T)용 광학필터; 에틸벤젠(E)의 농도를 분석하는 에틸벤젠(E)용 광학필터; 및 자일렌(X)의 농도를 분석하는 자일렌(X)용 광학필터로 이루어져 있다.
다중필터(500)를 통과한 개별 투과광(530)은 각각 상이한 파장(λ1 ,λ2, λ3, λ4)을 갖게 된다. 각 검출기(540)는 개별 광학필터(510)의 후면에 일체로 조립되어 있고, 검출된 전기적 신호는 검출기 신호선(550)을 통해 출력된다.
제 1 실시예의 동작
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작을 첨부도면을 참조하여 구체적인 동작 방법을 설명하도록 한다. 도 6은 열탈착부와 NDIR부를 갖는 배출가스 분석장치를 이용한 분석방법의 흐름도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 유동수단이 배출가스를 유동시키는 과정이 수행된다. 즉, 유동수단의 일예인 펌프(320)가 동작하면서 외기흡입구(25)를 통해 측정대상인 배출가스가 유입된다(S100).
유입단계(S100)는, 펌프(320)가 외기흡입구(25)를 통해 배출가스를 흡입하는 단계(S110); 시료건조기(300)가 외기흡입구(25)와 열탈착부(330) 사이에서 배출가스의 수분을 제거하는 단계(S120); 및 유량조절밸브(310)가 배출가스의 유량을 제어하는 단계(S130);가 순차적으로 또는 역순으로 수행될 수 있다. 이러한 흡입단계(S110), 제거단계(S120) 및 제어단계(S130)는 순차적 또는 역순외에도 임의의 순서에 따라 수행될 수 있다.
그 다음, 열탈착부(330)가 배출가스를 포집한다(S200). 구체적으로는 냉각관(350)은 액체질소나 전자냉각기(펠티어) 등의 소재에 의하여 -40℃ ~ -20℃ (예 : -30℃) 범위로 냉각된다. -40℃ 보다 낮은 온도에서는 초저온을 유지하기 위해 많은 전력이 소비되고, -20℃를 넘는 온도에서는 농축 흡착이 효율적으로 일어나지 않는 한계가 있다. 그 상태에서 시료건조기(300)에 의해 건조된 시료가 펌프(320)에 의해 이송되어 저온흡착부(340)안으로 통과하면서 전술한 흡착제(미도시)에 농축 흡착된다. 저온흡착부(340)에 충분한 시료가 흡착되고 나면 냉각관(350)의 가동을 그대로 유지하면서 저온흡착부(340)를 둘러싸고 있는 전열선(360)에 전원을 인가하여 처음에는 50℃ - 150℃ 정도의 비교적 낮은 승온 상태에서 저진공을 유지하고, 1-2분 후 다시 미량의 탈착 기체를 흘려주면서 200℃ - 300℃정도까지 가열함으로써 흡착제(미도시)에 흡착된 시료를 완전히 열탈착시킨다.
그 후 또는 이와 동시에 제 1 밸브(374)가 개방되고, 제 2 밸브(376)가 폐쇄된 상태에서 진공펌프(372)가 동작하여 열탈착된 시료(배기가스)를 혼합챔버(370)내로 농축한다. 일정 농도가 되거나 일정 시간이 지나면 제 1 밸브(374)를 폐쇄하고 제 2 밸브(376)를 개방한 뒤, 피스톤(번호 미부여)을 밀어서 시료를 NDIR부(400)로 밀어준다. 이러한 동작으로 인해 혼합챔버(370)를 시린지 펌프라고도 칭한다.
그 다음, NDIR부(400)의 각 NDIR(100)이 배출가스중 지정된 하나의 성분을 분석한다(S300). 즉, NDIR부(400)중 벤젠(B)용 NDIR(100a)은 배출가스중 벤젠(B)의 농도를 분석하고, 톨루엔(T)용 NDIR(100b)은 배출가스중 톨루엔(T)의 농도를 분석하고, 에틸벤젠(E)용 NDIR(100c)은 배출가스중 에틸벤젠(E)의 농도를 분석하고, 자일렌(X)용 NDIR(100d)은 배출가스중 자일렌(X)의 농도를 분석한다.
이러한 특정 가스의 농도만을 분석하기 위한 NDIR(100)은 원하는 가스에 따라 더 병렬적으로 증설될 수 있다. NDIR(100)의 입구(140)에 구비된 밸브(170)의 개폐를 제어함으로서 해당 가스의 농도 분석을 ON/OFF로 제어할 수 있고, 분석된 가스는 출구(150)를 통해 배출된다.
도 4와 도 5에 도시된 제 2 실시예의 동작은 제 1 실시예의 동작과 유사하므로 구체적인 설명은 생략하기로 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 : 탈착·건조기체 저장탱크,
11 : 제 1 유량조절밸브,
12 : 진공게이지,
13 : 저온 흡착관,
14 : 흡착제,
15 : 냉각관,
17 : 전열선,
20 : 제 1 제어밸브,
21 : 시료건조기,
23 : 진공펌프,
24 : 유량조절기,
25 : 외기 흡입구,
30 : 시료저장 및 공급부,
31 : 제 2 유량조절밸브,
40 : 제 2 제어밸브,
50, 51 : 루프,
60 : 운반가스 저장탱크,
61 : 제 3 유량조절밸브,
62 : 제 4 유량조절밸브,
65 : 가스 크로마토그래피(GC)
70 : 열탈착관,
71 : 전열선,
74 : 제 5 유량조절밸브,
80 : 제 3 제어밸브,
100 : NDIR,
100a : 벤젠(B)용 NDIR,
100b : 톨루엔(T)용 NDIR,
100c : 에틸벤젠(E)용 NDIR,
100d : 자일렌(X)용 NDIR,
120 : 광원부,
130 : 적외선,
140 : 입구,
150 : 출구,
160 : 가스셀,
170 : 밸브,
200 : 유리,
240 : 광학필터,
250 : 검출부,
300 : 시료건조기,
310 : 유량조절밸브,
320 : 펌프,
330 : 열탈착부,
340 : 저온흡착부,
350 : 냉각관,
360 : 전열선,
370 : 혼합챔버,
372 : 진공펌프,
374 : 제 1 밸브,
376 : 제 2 밸브,
400 : NDIR부,
500 : 다중필터,
510 : 개별 광학필터,
530 : 개별 투과광,
540 : 검출기,
550 : 검출기 신호선,
600 : 복합가스 NDIR.
11 : 제 1 유량조절밸브,
12 : 진공게이지,
13 : 저온 흡착관,
14 : 흡착제,
15 : 냉각관,
17 : 전열선,
20 : 제 1 제어밸브,
21 : 시료건조기,
23 : 진공펌프,
24 : 유량조절기,
25 : 외기 흡입구,
30 : 시료저장 및 공급부,
31 : 제 2 유량조절밸브,
40 : 제 2 제어밸브,
50, 51 : 루프,
60 : 운반가스 저장탱크,
61 : 제 3 유량조절밸브,
62 : 제 4 유량조절밸브,
65 : 가스 크로마토그래피(GC)
70 : 열탈착관,
71 : 전열선,
74 : 제 5 유량조절밸브,
80 : 제 3 제어밸브,
100 : NDIR,
100a : 벤젠(B)용 NDIR,
100b : 톨루엔(T)용 NDIR,
100c : 에틸벤젠(E)용 NDIR,
100d : 자일렌(X)용 NDIR,
120 : 광원부,
130 : 적외선,
140 : 입구,
150 : 출구,
160 : 가스셀,
170 : 밸브,
200 : 유리,
240 : 광학필터,
250 : 검출부,
300 : 시료건조기,
310 : 유량조절밸브,
320 : 펌프,
330 : 열탈착부,
340 : 저온흡착부,
350 : 냉각관,
360 : 전열선,
370 : 혼합챔버,
372 : 진공펌프,
374 : 제 1 밸브,
376 : 제 2 밸브,
400 : NDIR부,
500 : 다중필터,
510 : 개별 광학필터,
530 : 개별 투과광,
540 : 검출기,
550 : 검출기 신호선,
600 : 복합가스 NDIR.
Claims (2)
- 배출가스가 유입되는 외기흡입구(25);
상기 배출가스를 유동시키기 위한 유동수단;
상기 유동수단에 연결되고, 상기 배출가스를 포집하는 열탈착부(330); 및
상기 열탈착부(330)에 연결되어 성분 농도를 분석하는 NDIR부(400);를 포함하고,
상기 NDIR부(400)의 내부에는 상기 배출가스중 하나의 성분을 분석하는 NDIR(100)이 상기 열탈착부(330)에 병렬로 복수개가 연결되고, 상기 각 NDIR(100)은 각각 다른 성분을 분석하도록 구성되며,
상기 유동수단은,
상기 외기흡입구(25)와 연결되는 펌프(320); 및
상기 펌프(320)와 연결되는 유량조절밸브(310);를 포함하고,
상기 외기흡입구(25)와 상기 열탈착부(330) 사이에는 상기 배출가스의 수분을 제거하기 위하여 펠티어소자로 -30℃를 유지하는 시료건조기(300);가 더 포함되며,
상기 열탈착부(330)는,
카보트랩, 실리카겔, 테넥스 또는 카보팩을 포함하는 흡착제를 포함하고, 냉각관(350)으로 -40℃ ~ -20℃로 냉각하면서 상기 흡착제로 흡착하여 포집하고, 진공에서 전열선(360)으로 200℃ ~ 300℃ 가열하여 열탈착시켜 상기 배출가스를 상기 NDIR부(400)로 이동시키는 저온흡착부(340);
상기 저온흡착부(340)에 연결되어 상기 배출가스를 일정농도까지 임시저장하고, 피스톤으로 상기 배출가스를 밀어내는 혼합챔버(370);
상기 저온흡착부(340)와 상기 혼합챔버(370) 사이에 구성된 진공펌프(372)와 제 1 밸브(374); 및
상기 혼합챔버(370)와 상기 NDIR부(400) 사이에 구성된 제 2 밸브(376);를 포함하고,
상기 NDIR부(400)는,
상기 배출가스중 벤젠(B)의 농도를 분석하는 벤젠(B)용 NDIR(100a);
상기 배출가스중 톨루엔(T)의 농도를 분석하는 톨루엔(T)용 NDIR(100b);
상기 배출가스중 에틸벤젠(E)의 농도를 분석하는 에틸벤젠(E)용 NDIR(100c); 및
상기 배출가스중 자일렌(X)의 농도를 분석하는 자일렌(X)용 NDIR(100d);이 각각 병렬로 구비되며, 그리고
상기 벤젠(B)용 NDIR(100a), 상기 톨루엔(T)용 NDIR(100b), 상기 에틸벤젠(E)용 NDIR(100c), 상기 자일렌(X)용 NDIR(100d)의 입구에 각각 구비되어 개폐 제어되는 밸브(170);를 포함하는 것을 특징으로 하는 열탈착부와 NDIR부를 갖는 콤팩트형 배출가스 분석장치. - 제 1 항에 따른 콤팩트형 배출가스 분석장치의 분석방법에 있어서,
유동수단이 배출가스를 유동시키는 과정에서,
외기흡입구(25)를 통해 배출가스가 유입되는 단계(S100);
열탈착부(330)가 상기 배출가스를 포집하고, 진공으로 열탈착하는 단계(S200); 및
NDIR부(400)의 각 NDIR(100)이 상기 배출가스중 지정된 하나의 성분을 분석하는 단계(S300);를 포함하고,
상기 유입단계(S100)는,
펌프(320)가 상기 외기흡입구(25)를 통해 상기 배출가스를 흡입하는 단계(S110); 및
유량조절밸브(310)가 상기 배출가스의 유량을 제어하는 단계(S130);가 순차적으로 또는 역순으로 수행되며,
상기 유입단계(S100)중, 시료건조기(300)가 상기 외기흡입구(25)와 상기 열탈착부(330) 사이에서 펠티어소자로 -30℃를 유지하여 상기 배출가스의 수분을 제거하는 단계(S120);가 더 포함되고,
상기 열탈착부(330)의 포집단계(S200)는,
저온흡착부(340)가 냉각관(350)으로 -40℃ ~ -20℃로 냉각하면서 흡착제로 상기 배출가스를 흡착하여 포집한뒤, 전열선(360)으로 200℃ ~ 300℃로 가열하여 열탈착하고,
제 1 밸브(374)를 개방하고 제 2 밸브(376)를 폐쇄한 상태에서 진공펌프(372)를 동작시켜 상기 배출가스를 혼합챔버(370)내에서 일정농도까지 임시로 농축하고,
상기 제 1 밸브(374)를 폐쇄하고 상기 제 2 밸브(376)를 개방하며, 상기 혼합챔버(370)내의 피스톤을 밀어서 상기 배출가스를 상기 NDIR부(400)로 이송시키며,
상기 NDIR부(400)는,
상기 배출가스중 벤젠(B)의 농도를 분석하는 벤젠(B)용 NDIR(100a);
상기 배출가스중 톨루엔(T)의 농도를 분석하는 톨루엔(T)용 NDIR(100b);
상기 배출가스중 에틸벤젠(E)의 농도를 분석하는 에틸벤젠(E)용 NDIR(100c); 및
상기 배출가스중 자일렌(X)의 농도를 분석하는 자일렌(X)용 NDIR(100d);이 각각 병렬로 구비되며, 그리고
상기 벤젠(B)용 NDIR(100a), 상기 톨루엔(T)용 NDIR(100b), 상기 에틸벤젠(E)용 NDIR(100c), 상기 자일렌(X)용 NDIR(100d)의 입구에 각각 구비되어 개폐 제어되는 밸브(170);를 포함하여, 상기 밸브(170)를 개폐 제어함으로써 해당 가스의 농도 분석을 ON/OFF로 제어할 수 있고,
상기 흡착제는 카보트랩, 실리카겔, 테넥스 또는 카보팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 열탈착부와 NDIR부를 갖는 콤팩트형 배출가스 분석장치의 분석방법.
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