KR102179129B1 - 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치 - Google Patents

굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치 Download PDF

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Abstract

굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000)가 제공된다. 상기 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000)는 굴뚝 내 배출가스 시료를 채취하여 제1 입경 이상의 입자상 물질을 분리하도록 구성되는 입경분리장치(221); 상기 입경분리장치(221)의 후단에 배치되되, 상기 제1 입경 미만의 입자상 물질을 측정 및 분석하도록 구성되는 베타레이 분석기(222); 및 상기 베타레이 분석기(222)의 후단에 배치되되, 상기 베타레이 분석기(222)에서 배출되는 시료 가스를 측정 및 분석하도록 구성되는 가스분석부(600, 600’)를 포함할 수 있다.

Description

굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치{AN APPARATUS FOR INTEGRATED MEASURING STATIONARY SOURCES OF STACK EXHAUST GAS}
본 발명은 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로는 단일의 굴뚝 측정구만으로도 굴뚝 배출가스의 유속, 입자상 물질 및 가스상 물질 모두를 측정할 수 있도록 하는 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치에 관한 발명이다.
일반적으로 화석 연료를 태워서 그 화력으로 발전하는 화력 발전소, 산업 폐기물이나 일반 생활 쓰레기를 소각 처리하는 소각장, 제철소 등에서는 인체에 유해한 다양한 종류의 배출가스가 배출된다. 이러한 유해 물질은 입자상 물질과, 할로겐족가스, 질소산화물, 아황산가스, 일산화탄소, 염화수소, 암모니아, 등의 가스상 물질을 포함할 수 있다.
일반적으로 가스를 측정하는 방식은 (i) 일반적인 대기 상태의 공기를 측정하는 AQM(ambient air quality monitoring) 방식과, (ii) 고정오염배출원에서 가스를 측정하는 CEM(continuous emission monitoring) 방식 또는 TMS(telemetering system) 방식으로 구분될 수 있다.
AQM 방식은 일반적인 가스 성분이 균등하게 분포된 일정한 지역의 대기를 측정 대상으로 하고 따라서 가스 성분이 모두 균등하기 때문에 단지 측정 대상의 항목 가스 농도를 구하는 것과는 대조적으로, CEM 또는 TMS 방식은 고정오염원에서 발생하는 배출가스 내에 포함된 측정 대상의 오염 물질의 총량을 측정하는 것에 해당한다. 따라서, CEM 또는 TMS 방식의 측정 대상인 배출가스는 매우 고온이고 상당한 양의 수증기를 포함하는 불안정한 에너지를 가진 기체의 흐름에 해당한다.
굴뚝 내 배출가스에는 미세먼지를 포함하는 입자상 물질과, 질소산화물 등의 가스상 물질을 포함하는데, 이러한 유해 물질은 인체에 흡수된 후에 축적이 되면 각종 질병을 유발할 뿐만 아니라 자연 환경에도 나쁜 영향을 미치는 것으로 각종 조사 및 실험을 통해 입증되고 있다.
이러한 이유로 전세계적으로 소각장 및 화석 연료를 사용하는 사업장은 강력한 법에 의해 유해 물질의 배출량을 규제 받고 있으며, 국내에서도 환경부 고시를 통해 배출가스에 포함되는 유해 물질의 배출량을 제한하고 있다.
도 1a는 이러한 CEM 방식을 구현하기 위해서 굴뚝(1)에 구현되는 복수의 천공(2)를 예시적으로 도시하는데, 도 1a에 도시되는 바와 같이 굴뚝 천공(2)은 굴뚝 내 배출가스로부터 입자상 물질을 측정하기 위한 천공(2-1), 굴뚝 내 배출가스로부터 유속을 측정하기 위한 천공(2-2), 그리고 굴뚝 내 배출가스로부터 가스상 물질(2-3)을 측정하기 위한 천공(2-3)으로 구성될 수 있다.
하나의 측정구에서 입자상 물질과, 가스상 물질과, 유속을 동시에 측정하는 것은 불가능하므로, 기존에는 CEM 방식을 활용하여 굴뚝(1) 내 배출가스로부터 오염 물질을 측정하기 위해서는 도 1a에 도시되는 바와 같이 3개의 천공(2-1, 2-2, 2-3)을 구비해야만 하였고, 게다가 비수용성 가스상 물질과 수용성 가스상 물질 모두를 측정해야만 하는 환경에서는 4개의 천공을 구비해야만 하는 필요가 있었고, 수분까지 측정을 해야 하는 환경에서는 5개의 천공을 구비해야만 하는 필요가 있었으며, 이는 굴뚝 배출가스의 오염 물질을 측정함에 있어 상당한 재정적 부담과 관리의 어려움을 야기한다.
또한 도 1b는 기존의 가스상 물질을 측정하기 위한 설비를 개략적으로 도시하는데, 가스상 물질의 측정에 있어 먼지 등의 입자상 물질이 존재할 경우 상당한 오차를 야기하기 때문에, 가스 측정 설비는 굴뚝(1) 내에서 입자상 물질을 필터링하는 제1 필터(91)와, 후단의 제2 필터(93)와, 제1 필터(91)의 방향으로 강한 압력으로 가스를 불어줌으로써 제1 필터(91)의 막힘을 방지하는 퍼지시스템(93)과, 그리고 퍼지시스템(93)에 가스를 공급하는 퍼지가스공급기(94)로 구성되며, 이러한 구성은 수용성 가스의 측정과 비수용성 가스의 측정에 있어 공통적이다. 참고로, 제1 필터(91)의 경우 고온의 굴뚝(1) 내부에 삽입 설치되므로 내열과 내산성이 강한 금속이나 석영 재질의 필터로 구현되는 것이 일반적이다.
도 1b에 도시되는 기존의 저온-건식 시스템(cool-dry system)과 고온-습식 시스템(hot-wet system)의 경우 필터(91, 92)를 반드시 주기적으로 청소해주고 관리를 해주어야 하는데 이에 상당한 비용이 소요되고, 오차의 주요 원인이 되는 입자상 물질을 유효하게 제거하는 데에 물리적인 한계와 시간적인 한계가 있어 가스상 물질의 측정에 있어 여전히 많은 오차를 발생시키고 있다.
또한, 정확한 배출량을 계산하기 위해서는 수분의 실시간 측정이 필수적이지만, 현재 수분측정기가 상대적으로 매우 고가이어서 실시간으로 수분의 측정을 하지 못하고 일정 기간의 평균치를 입력하는 방식으로 적용하고 있어 측정 신뢰성의 문제를 내포하고 있다.
그러므로, 굴뚝 내 배출가스에 포함된 오염 물질을 측정하기 위한 CEM 방식을 구현함에 있어 측정 항목마다 별개의 천공 작업 없이 단일의 측정구만을 활용하여 굴뚝 내 배출가스의 유속, 수분, 입자상 물질 및 가스상 물질 모두를 측정할 수 있고, 수분을 실시간으로 측정하여 정확한 배출량을 측정할 수 있으며, 특히 가스상 물질을 측정함에 있어 기존의 저온-건식 시스템과 고온-습식 시스템이 가질 수 밖에 없는 제약들을 효과적으로 극복할 수 있는 새로운 타입의 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치에 관한 요구가 전 세계적으로 상당히 증가하고 있는 상황이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 단일의 측정구를 구비한 시료채취시스템으로 배출가스의 유속, 입자상 물질 및 가스상 물질을 모두 측정할 수 있는 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가스상 물질의 측정에 있어 오차의 원인이 되는 입자상 물질을 그 전단에서 자동적으로 그리고 완전하게 제거함으로써 가스상 물질의 측정 정확도와 유지 보수를 개선할 수 있는 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존 베타레이 측정기에서는 폐기되었던 응축수를 활용하여 수분을 측정함으로써 고가의 고정형 수분측정기를 대체할 수 있으며, 동시에 응축수를 분석하여 수용성 가스를 측정함으로써 굴뚝 배출가스 통합측정장치의 경제적인 측면과 배출량 측정의 신뢰성을 유효하게 개선할 수 있는 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치는, 굴뚝 내 배출가스 시료를 채취하여 제1 입경 이상의 입자상 물질을 분리하도록 구성되는 입경분리장치; 상기 입경분리장치의 후단에 배치되되, 상기 제1 입경 미만의 입자상 물질을 측정 및 분석하도록 구성되는 베타레이 분석기; 및 상기 베타레이 분석기의 후단에 배치되되, 상기 베타레이 분석기에서 배출되는 시료 가스를 측정 및 분석하도록 구성되는 가스분석부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 입경분리장치 및 상기 베타레이 분석기와 결합되어, 상기 굴뚝 배출가스 내의 입자상 물질을 분석하도록 구성되는 TSP 분석기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 TSP 분석기는, 상기 입경분리장치에서 분리되는 상기 제1 입경 이상의 입자상 물질 및 상기 베타레이 분석기에서 포집되는 상기 제1 입경 미만의 입자상 물질을 합산하여 상기 굴뚝 배출가스 내의 입자상 물질을 분석하도록 추가로 구성될 수 있다.
또한, 상기 베타레이 분석기에서 배출되는 시료 가스에 포함된 수분을 응축하도록 구성되는 전처리부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스분석부는, 상기 전처리부의 후단에 배치되어, 상기 전처리부에서 응축된 응축수를 전기 분해하여 수용성 가스의 양을 측정하는 이온전극법 수용성 가스분석기; 및 상기 전처리부의 후단에 배치되어, 상기 전처리부에서 배출되는 건조배출가스를 분석하여 비수용성 가스의 양을 측정하는 비수용성 가스분석기로 구성될 수 있다.
또한, 상기 가스분석부는, 상기 상기 전처리부에서 응축된 응축수의 양을 측정하도록 구성되는 수분분석기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스분석기는, 상기 베타레이 분석기의 후단에 그리고 상기 전처리부의 전단에 배치되어, 상기 베타레이 분석기에서 배출되는 시료 가스를 광학적으로 분석하여 수용성 가스의 양을 측정하는 광학식 수용성 가스분석기; 및 상기 전처리부의 후단에 배치되어, 상기 전처리부에서 배출되는 건조배출가스를 분석하여 비수용성 가스의 양을 측정하는 비수용성 가스분석기로 구성될 수 있다.
또한, 상기 베타레이 분석기는, 상기 제1 입경 미만의 입자상 물질을 채취하도록 구성되는 미세먼지채취필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 미세먼지채취필터는 롤 필터(roll filter)로 구현될 수 있다.
또한, 상기 입경분리장치는 PM10 임팩터 및 PM2.5 임팩터로 구성되는 캐스케이드-임팩터(cascade impactor)로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치에 의하면, 단일의 측정구를 구비한 시료채취시스템으로 굴뚝 배출가스 유속, 입자상 물질 및 가스상 물질을 모두 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치에 의하면, 가스상 물질의 측정에 있어 오차의 원인이 되는 입자상 물질을 그 전단에서 자동적으로 그리고 완전하게 제거함으로써 가스상 물질의 측정 정확도와 유지 보수를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치에 의하면, 기존 베타레이 측정기에서 버려졌던 응축수를 활용하여 수분의 양을 측정함으로써 고가의 고정형 수분측정기를 대체할 수 있으며, 동시에 응축수를 분석하여 수용성 가스를 측정함으로써 통합측정장치의 경제적인 측면을 상당히 개선할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1a는 기존 CEM 방식 또는 TMS 방식을 구현하기 위한 굴뚝(1)의 천공(2) 구조를 예시적으로 도시하고, 도 1b는 기존에 가스상 물질을 측정하기 위한 설비 구조를 개략적으로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000, 1000’)의 구성도를 각각 도시한다.
도 3은 도 2의 베타레이 분석기(222)의 세부 구성도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000)가 굴뚝(1)에 단일의 천공(2’)만을 구비함으로써 구현 가능함을 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000, 1000’)의 구성도를 각각 도시한다.
도 2a에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000)는 굴뚝 내 배출가스 시료를 채취하여 제1 입경 이상의 입자상 물질을 분리하도록 구성되는 입경분리장치(221)와, 입경분리장치(221) 후단에 배치되어 제1 입경 미만의 입자상 물질을 측정 및 분석하도록 구성되는 베타레이 분석기(222)와, 그리고 베타레이 분석기의 후단에 배치되어 베타레이 분석기에서 배출되는 시료 가스를 측정 및 분석하도록 구성되는 가스분석부(600)를 포함할 수 있다.
참고로, 도 1a에 도시되는 엘리먼트는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000)의 동작, 기능 등을 설명하기 위한 예시적인 엘리먼트에 불과할 뿐, 도 1a에 도시되지 않은 추가의 엘리먼트(예를 들어, 전원부, 알람부, 모니터링부, 등)이 추가로 구비될 수 있음은 명백할 것이다.
시료 채취부(100)의 적어도 일부 영역은 굴뚝(1) 내에 배치되어, 굴뚝(1) 내 배출가스 시료를 채취할 수 있다. 참고로, 미세먼지 측정을 위해서는 배출가스 시료를 채취함에 있어 등속 흡인이 매우 중요한데, 왜냐하면 배출가스를 채취함에 있어 배출가스 유속보다 더 빠른 속도로 흡인하게 되면 주변의 미세입자를 우선 흡인하게 되어 결과치가 실제보다 더 낮은 농도로 나타나게 되고, 배출가스 유속보다 더 빠른 속도로 흡인하게 되면 관성력에 의해 큰 입자가 우선 흡인하게 되어 결과치가 실제보다 더 높은 농도로 측정되기 때문이다. 시료 채취부(100)에서의 이러한 등속흡인유량조건은 등속흡인제어부(500)에 의해 구현될 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 보다 상술하기로 한다.
참고로, 도 2a에 도시되는 바와 같이 적어도 일부 영역이 굴뚝(1)의 내부에 배치되는 시료 채취부(100)는 대조적으로, 나머지 엘리먼트들, 예를 들어 입경분리장치(221), 베타레이 분석기(222), 전처리부(300), 가스측정부(400), 등속흡인제어부(500), 가스분석부(600), TSP 분석기(700) 등은 굴뚝(1)의 외부에 배치될 수 있다. 특히, 입경분리장치(221)가 굴뚝(1) 외부에 배치됨으로써 미세먼지의 연속적인 측정을 가능하게 하는데, 이에 대해서는 이하에서 보다 상술하기로 한다.
다시 시료 채취부(100)로 돌아가면, 도 2a에서는 굴뚝(1) 내 배출가스 유속(또는 유량)을 측정하기 위한 엘리먼트로서 국내공정시험법의 기준에 부합하는 피토관(120; pitot tube)을 예시적으로 도시하고 있다. 참고로, 피토관(120)은 흐르는 유체 내부에 설치되어 유체의 속도를 측정하도록 구성되는 장치로서, 피토관(120) 내/외부의 압력 차이가 유체 속도의 제곱과 비례하는 법칙, 즉 베르누이의 법칙(Bernoulli’s equation)에 따라 유체의 속도를 산출할 수 있다.
흡인관(110)은 그 일단이 굴뚝(1) 내 적어도 일부 영역에 배치되는 흡인 노즐(111)이 구비되고, 흡인 노즐(111)의 타단은 입경분리장치(221)와 결합됨으로써, 흡인관(110)을 통해 굴뚝 내 배출가스 시료가 입경분리장치(221)로 전달될 수 있다. 참고로, 흡인 노즐(111)의 단면적은 공장 환경 등에 따라 미리 치수 결정될 수 있거나, 또는 변경되는 유속에 따라 가변적으로 흡인 노즐(111)의 노출 단면적이 변화하도록 구현될 수도 있다.
가열 장치(140)는 흡인관(110)의 외주면의 적어도 일부 영역을 감싸도록 구현될 수 있고, 배출가스 시료의 이송 중 수분의 응축을 방지하기 위해 열 공급원(미도시)으로부터의 열을 흡인관(110) 내의 배출가스 시료에 전달하는 역할을 수행한다.
또한, 흡인관(110)의 길이 방향을 따라 적어도 일부 영역에, 보다 바람직하게는 굴뚝(1)의 내부 영역 및 외부 영역의 경계면 부근에 온도계(130)가 추가로 배치될 수 있으며, 온도계(130)는 흡인관(110)의 온도를 측정하여 다른 엘리먼트에, 예를 들어 컨트롤러(미도시)에 측정된 온도에 관한 값을 무선 또는 유선으로 송신할 수 있다.
시료 채취부(100)에 의해 채취된 굴뚝 내 배출가스 시료는 입경분리장치(221)로 전달되고, 전달된 배출가스 시료는 입경분리장치(221)에 의해 제1 입경 이상의 입자상 물질이 분리될 수 있다. 여기서, 입경분리장치(221)는 측정하고자 하는 입자상 물질에 따라 적절하게 선택될 수 있고, 예를 들어 미세먼지를 측정하는 경우 입경분리장치(221)로서 입자의 관성력을 이용하는 임팩터(impactor)와 입자의 원심력을 이용하는 사이클론(cyclone)이 활용될 수 있다.
또한, 측정하고자 하는 입경의 크기에 따라 PM10, PM2.5 등의 선택이 가능하며, 이하의 본 명세서에서는 본 발명의 용이한 이해를 위해서 입경분리장치(221)가 PM10 임팩터(221a) 및 PM2.5 임팩터(221b)로 구성되는 캐스케이드-임팩터(cascade impactor)로 구현되는 구성을 예시적으로 기술하기로 한다.
참고로, 임팩터는 입자의 관성충돌법칙을 활용하여 유체흐름방향을 급격하게 변화시킬 경우 무거운 입자는 중력과 관성력에 의해 직진성을 갖고 포집관에 출동하여 포집됨에 반해 가벼운 입자는 유체와 함께 진행하는 원리를 이용하므로 유체의 인입 속도, 장치 구조, 치수 설계, 등이 매우 중요하다.
여기서, 기존의 측정 시스템에서는 입경분리장치에 의해 분리되는 입자상 물질이 후속 분석됨이 없이 폐기되었지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000)에서는 입경분리장치(221)에 의해 분리되는 입자상 물질이 폐기되지 않고 분석되는 것을 특징으로 하며, 예를 들어 도 2a의 예에서 2.5 이상의 입자상 물질은 TSP 분석기(700)로 전달되어 입자상 물질의 분석에 활용될 수 있다.
또한, 2.5 미만의 미세먼지는 베타레이 분석기(222)로 전달되어 측정될 수 있고, 베타레이 분석기(222)에는 주기적으로 그리고 자동으로 교체 가능한 롤 필터(roll filter)로 구현되는 미세먼지채취필터(54)가 구비되며, 이에 대해서는 이하의 도 3에서 다시 상술하기로 한다.
참고로, 기존의 측정 시스템에서는 베타레이 분석기에서 측정되는 미세먼지의 입자상 물질이 분석됨이 없이 폐기되었지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000)에서는 베타레이 분석기(222)에서 측정되는 미세먼지가 폐기됨이 없이 추가로 분석되는 것을 특징으로 하며, 이를 위해 도 2a의 예에서 2.5 미만의 입자상 물질이 TSP 분석기(700)로 전달되어 입자상 물질의 분석에 활용될 수 있다.
즉, TSP 분석기(700)는 입경분리장치(221) 및 베타레이 분석기(222)와 결합되어, 보다 구체적으로 입경분리장치(221)의 출력 및 베타레이 분석기(222)의 출력과 결합되어 입경분리장치(221)로부터는 제1 입경(본 예에서는 “2.5 μm”) 이상의 입자상 물질에 관한 정보를 획득하고 베타레이 분석기(222)로부터는 제1 입경 미만의 입자상 물질에 관한 정보를 획득하며, 이 두 엘리먼트(221, 222)로부터의 입자상 물질 정보를 합산함으로써 굴뚝 배출가스 내 입자상 물질을 분석하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이, 굴뚝 내 배출가스에 포함된 입자상 물질은 입경분리장치(221)에 의해서 1차적으로 제거되고 베타레이 분석기(222)에 의해 2차적으로 제거되며, 특히 베타레이 분석기(222)에 포함된 미세먼지채취필터(54, 도 3 참조)는 매우 정밀한 필터에 해당하므로 베타레이 분석기(222)에서 배출되는 시료 가스는 입자상 물질이 존재하지 않는 순수한 가스상 물질로만 존재하게 된다.
베타레이 분석기(222)에서 배출되는 시료 가스는 전처리부(300)로 전달될 수 있고, 전처리부(300)는 냉각기(310)와 배출펌프(320)로 구성될 수 있다. 전처리부(300)는 가스측정부(400) 및/또는 등속흡인제어부(500)에서의 정상적인 측정 및/또는 제어 동작을 위한 전처리 과정을 수행할 수 있으며, 예를 들어 전처리부(300)는 배출시료가스의 수분 제거를 수행할 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리부(300)는 베타레이 분석기(222)에서 배출되는 시료 가스에 포함된 수분을 응축하도록 구성될 수 있으며, 전처리부(300)에서 응축된 응축수의 양은 수분분석기(610)에 의해서 측정될 수 있다.
도 2a의 예에서, 이온전극법 수용성 가스분석기(620)가 전처리부(300)에서 응축된 응축수를 전기 분해하여 수용성 가스(예를 들어, NH3, HCL, 등)의 양을 측정하도록 구성되고, 비수용성 가스분석기(630)는 전처리부(300)에서 배출되는 건조배출가스를 분석하여 비수용성 가스(예를 들어, CO, O2, SOX, NOX, 등)의 양을 측정하도록 구성될 수 있으며, 수분분석기(610), 이온전극법 수용성 가스분석기(620) 및 비수용성 가스분석기(630)를 집합적으로 가스분석부(600)로 지칭하기로 한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(100)에 의하면, 입경분리장치(221)와 베타레이 분석기(222)를 통해 실질상 입자상 물질이 모두 제거된 상태의 시료 가스를 대상으로 가스 분석을 수행하므로 가스상 물질 측정의 오차가 매우 낮을 뿐만 아니라, 기존에 폐기되었던 전처리부(300)의 응축수를 재활용하여 수분의 양을 측정함으로써 고가의 고정형 수분측정기를 대체할 수 있고, 동시에 응축수를 분석하여 수용성 가스를 측정함으로써 경제적으로도 상당한 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.
가스측정부(400)는 다양한 종류의 가스 센서를 구비할 수 있고, 본 명세서에서는 등속흡인유량의 계산과 관련하여 공기밀도보정을 위해 산소 센서(410) 및 이산화탄소 센서(420)를 예시적으로 기술하기로 한다. 산소 센서(410)의 경우 배출가스 내의 산소를 측정하기 위한 장치에 해당하고, 이산화탄소 센서(420)의 경우 배출가스 내의 이산화탄소를 측정하기 위한 장치에 해당한다. 참고로, 가스측정부(400)의 전단에서 전처리부(300)에 의해서 수분 제거가 수행되므로, 산소 센서(410), 이산화탄소(420) 등의 센서는 대상 가스의 수분이 제거될지라도 제거 이전과 측정 오차가 발생하지 않는 가스의 특성에 부합하는 센서 장치로서 구현될 수 있다.
등속흡인제어부(500)는 시료 채취부(100)에서의 등속유량조건을 충족시키기 위해서 제어밸브(520) 및/또는 흡인펌프(530)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 등속흡인제어부(500)에 구비된 유량계(510)에 의해 측정되는 유량에 기초하여, 등속흡인제어부(500)에 구비된 흡인펌프(530)가 일정한 파워를 출력하면서 제어밸브(520)의 개폐를 제어함으로써, 또는 등속흡인제어부(500)에 구비된 흡인펌프(530) 자체의 파워를 조절함으로써(이 경우, 제어밸브(520)는 생략될 수 있음) 시료 채취부(100)에서의 등속 유량 채취를 구현할 수 있다. 추가로, 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 시료 채취부(100)에서의 등속 유량을 구현하기 위해서, 등속흡인제어부(500)에 구비된 유량계(510)에 의해 측정되는 유량에 기초하여 제어밸브(520)의 개폐를 조절하는 동시에 펌프의 압력을 조절하는 방식을 활용할 수도 있다.
여기서, 유량계(510)는 질량유량계(MFC; mass flow controller)일 수 있고, 또는 전처리부(300)에서 가스의 수분이 제거되므로 상대적으로 가격이 저렴한 건식유량계가 대체적으로 활용될 수도 있다.
그러므로, 가스상 물질의 측정을 위한 기존의 저온-건식 시스템 및 고온-습식 시스템에서 필요로 하였던 제1 필터, 제2 필터, 퍼지시스템, 퍼지가스공급기 등의 장치들을 구비함이 없이도, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000)는 입경분리장치(221)를 통해 그리고 베타레이 분석기(222)의 미세먼지채취필터(54)를 통해 실질상 모든 입자상 물질이 제거된 상태의 시료 가스를 대상으로 용이하게 그리고 경제적으로 수용성 및/또는 비수용성 가스상 물질을 측정할 수 있다.
도 2b는 본 발명의 추가 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000’)의 구성도를 도시한다. 도 2a에 도시되는 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000)에서는 전처리부(300)에서 응축된 응축수를 전기 분해하여 수용성 가스의 양을 측정하는 이온전극법 수용성 가스분석기(620)가 전처리부(300)의 후단에 배치되는 것과는 대조적으로, 도 2b에 도시되는 본 발명의 추가 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000’)에서는 베타레이 분석기(222)의 후단에 그리고 전처리부(300)의 전단에 배치되어 베타레이 분석기(222)에서 배출되는 시료 가스를 광학적으로 분석하여 수용성 가스의 양을 측정하는 광학식 수용성 가스분석기(640)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 2b의 실시예에서는 전처리부(300) 전단의 광학식 수용성 가스분석기(640)와 전처리부(300) 후단의 비수용성 가스분석기를 가스분석부(600’)로 집합적으로 지칭하기로 한다.
이와 관련하여, 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 베타레이 분석기(222)에서 배출되는 시료 가스로부터 수용성 가스상 물질을 측정함에 있어 전처리부(300)의 전단에서 광학식으로 수용성 가스를 측정하는 방식과 전처리부(300)의 후단에서 전기 분해에 의해 수용성 가스를 측정하는 방식 모두를 구현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 수용성 가스 HCL에 대해 전처리부(300)의 전단에서 광학식으로 그 양이 측정되는 것과 동시에 수용성 가스 HF에 대해 전처리부(300)의 후단에서 응축수를 전기 분해함으로써 그 양이 측정될 수도 있다.
도 3은 도 2의 베타레이 분석기(222)의 세부 구성도를 도시한다. 도 3에 도시되는 본 발명의 일 실시예에 따른 베타레이 분석기(222)는 베타레이 감쇄 원리를 이용하여 굴뚝 내 배출가스에서 미세먼지의 양, 즉 제1 입경(예를 들어, 2.5 μm) 미만의 입자상 물질의 양을 측정 및 분석하도록 구성될 수 있으며, 예를 들어 단열부(20)에 의해 시료 채취의 영역과 시료 측정의 영역이 상호 분리될 수 있다.
참고로, 방사성 원자핵이 붕괴하여 원소의 원자 번호가 변경되고 전자 또는 양전자를 방출하는 현상을 베타 붕괴라고 칭하는데, 여기서 방출되는 전자를 베타(-)입자, 방출되는 양전자를 베타(+)입자로 칭하며, 베타레이라 함은 보통 베타(-)입자를 지칭한다.
베타 붕괴에 의해서 발산되는 전자들이 다른 물질과 충돌할 때에 충돌되는 물질의 내부에 있는 외곽 궤도 전자 및 원자핵과의 산란을 통해 발산되었던 전자가 그 에너지의 일부를 상실하게 되고, 베타 입자의 에너지가 작은 경우(예를 들어, 1ev 이하)에는 대부분의 에너지 손실은 충돌되는 물질의 외곽 궤도 전자와의 산란을 통해 발생하게 된다. 그러므로, 베타 입자의 흡수도는 흡수 물질(즉, 충돌되는 물질)의 전자 밀도에 비례하는 특징을 갖는다.
하지만, 전자 밀도는 원자 번호와 원자 질량의 비에 비례하는데 그 비율은 대부분의 원소에서 일정한 값을 갖는다. 따라서, 베타 입자의 감쇄는 흡수 물질의 화학 성분과 무관하게 오직 전자 밀도에만 영향을 받게 된다. 참고로, 분진의 농도 측정 방법으로 광투과 원리를 활용할 경우 물질의 광학적 성질에 의해 많은 측정 오차를 초래할 수 있지만, 베타 붕괴에 의한 방법에서는 이러한 오차가 상대적으로 적게 된다.
베타레이 흡수에 의한 베타 입자가 어떤 매질을 통과할 때에 감쇄되는 정도는, 비어 램버트(Beer-Lambert) 관계식에 따라 물질의 질량 밀도에 지수 함수적으로 변하게 된다. 따라서, 베타레이의 농도 측정은 베타 입자가 매질을 통과할 때 감쇄되는 정도를 물질의 질량 밀도에 지수적으로 변화하는 아래의 수학식 1의 함수로부터 산출할 수 있다.
[수학식 1]
I = I0 * exp(-υφ)
여기서, I0: 초기 베타레이의 세기 (count rate), I: 매질을 통과한 이후의 베타레이의 세기, φ: 흡수 물질의 질량 밀도 (mg/cm2), υ: 베타레이의 감쇄 계수 (cm2/mg) (υ는 흡수 물질의 전자 밀도의 함수이지만 대부분의 원소 성분에 대해 일정함)이다.
감쇄 계수는 교정을 통해 사전적으로 결정되므로, 초기 베타레이의 세기(I0)와 베타레이 검출기를 통해 측정된 매질을 통과한 이후의 베타레이의 세기(I)를 통해 흡수 물질의 질량 밀도(φ)를 산출할 수 있다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 베타레이 분석기(222)는 시료 채취부(10)와, 단열부(20)와, 시료 측정부(30)와, 개방/밀착 제어부(40)와, 필터부(50)와, 제어부(60), 등으로 구성될 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 베타레이 분석기(222)는 단열부(20)에 의해 시료 채취부(10)와 시료 측정부(30)가 공간적으로 분리됨과 동시에 시료 채취부(10)와 시료 측정부(30)가 상호 단열됨으로써 시료 채취부(10)에서의 고온 조건(예를 들어, 120 ± 14℃, 공정시험법에 따름) 및 시료 측정부(30)에서의 항온 조건(예를 들어, 40℃)을 동시에 충족할 수 있다.
시료 채취부(10)는 굴뚝(1) 내의 배출가스로부터 미세먼지 시료를 채취하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 시료 채취부(10)의 전단에서 입경분리장치(221)에 의해 PM10 미만 또는 PM2.5 미만의 미세먼지가 분리될 수 있고, 가온된 미세먼지 시료는 가열 흡인관(12)을 통해 시료 채취부(10)로 흡인될 수 있다.
가열 흡인관(12)을 통해서 흡인된 미세먼지 시료는 시료 채취 장치(11)의 외벽 내부에 내장되는 가열 도관(13)에 의해 미리 설정된 제1 온도 범위(예를 들어, 120 ± 14℃)로 유지될 수 있으며, 여기서 미리 설정된 제1 온도 범위(예를 들어, 120 ± 14℃)는 미세먼지 시료에 포함된 수증기를 가스화하여 미세먼지채취필터(54)를 통과하여 흡인 공기 배출관(15)을 통해 시료 가스를 외부로 배출시키기 위한 온도 범위에 해당할 수 있다. 여기서, 미세먼지채취필터(54)는 롤 필터(roll filter)로 구현될 수 있으며, 따라서 자동으로 그리고 주기적으로 교체되도록 설치되는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베타레이 분석기(222)는 가열 흡인관(12)을 통해 흡인되는 미세먼지 시료를 가열 도관(13)을 활용하여 미리 설정된 제1 온도 범위(예를 들어, 120 ± 14℃)로 가열시키고 가열 도관(13)에 의해 가스화된 미세먼지 시료 내의 시료 가스를 흡인 공기 배출관(15)을 통해 배출시킴으로써, 미세먼지 시료 채취에 있어 수분을 완전하게 배제할 수 있으며 그에 따라 미세먼지 측정의 오차를 최소화함과 동시에 신뢰도를 상당히 개선할 수 있다.
베타레이 분석기(222)에서 배출되는 시료 가스는 후단의 전처리부(300), 가스분석부(600, 600’)로 전달되어 수용성 가스 분석 및 비수용성 가스 분석에 활용될 수 있다.
이러한 미세먼지 측정의 정확도 및 신뢰도를 지속적으로 보장하기 위해서, 본 발명의 추가 실시예에 따르면 흡인 공기 배출관(15)의 온도를 측정하도록 구성되는 제1 온도 센서(16)가 상기 흡인 공기 배출관(15)의 적어도 일부 영역에 배치될 수 있다.
제1 온도 센서(16)에 의해서 감지되는 흡인 공기 배출관(15)의 온도, 즉 시료 가스가 미세먼지채취필터(54)를 통과하는 온도가 제어부(60)로 전달될 수 있고, 제어부(60)는 제1 온도 센서(16)에 의해 측정되는 흡인 공기 배출관(15) 내의 온도가 미리 설정된 제1 온도 범위(예를 들어, 120 ± 14℃) 미만인 경우에 가열 도관(13)의 가열 온도를 증가시켜 흡인 공기 배출관(15) 내의 온도가 미리 설정된 제1 온도 범위(예를 들어, 120 ± 14℃) 이내가 되도록 제어함으로써 시료 채취부(10)에서의 고온 조건, 즉 미세먼지 시료 내의 수분이 모두 가스화되어 흡인 공기 배출관(15)을 통해 배출되도록 하는 온도 조건을 충족시킬 수 있으며, 그에 따라 미세먼지 시료 채취에 있어 추후 미세먼지 측정에 오차를 유발하는 인자인 수분을 완전하게 배제할 수 있다.
시료 측정부(30)는 베타레이 소스(36) 및 베타레이 검출기(39)를 활용하여, 시료 채취부(10)에 의해 채취된 미세먼지 시료에 기초하여 굴뚝 내 미세먼지의 양을 측정하도록 구성될 수 있다. 베타레이 소스 장착부(35)의 일 영역에 장착된 베타레이 소스(36)는 소정의 베타레이를 방출할 수 있고, 방출된 베타레이는 미세먼지측정필터(57)를 통과하면서 포집된 미세먼지에 의해 베타레이의 일부가 흡수되며 나머지의 베타레이가 베타레이 검출기 하우징(31)에 구비된 베타레이 검출기(39)에서 검출됨으로써 굴뚝 내 미세먼지의 양이 산출될 수 있다.
여기서, 베타레이 검출기(39)는 예를 들어 PMT(photomultiplier tube)일 수 있고, 이러한 베타레이 검출기(39)는 검출 동작이 가능한 상한 온도가 약 40℃이다. 그러므로, 미세먼지 측정 시에 수분 성분의 완전한 배제를 위해 미세먼지 시료를 매우 고온(예를 들어, 120 ± 14℃)으로 유지시켜야만 하는 시료 채취부(10)와 베타레이 검출기(39)가 구비되는 시료 측정부(30)는 상호 공간적으로 분리되면서 동시에 상호 단열 시키는 것이 바람직하며, 이를 구현하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 베타레이 분석기(222)는 단열부(20)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 도 3에 도시되는 바와 같이, 단열부(20)는 단열벽(21)과 단열판(22)으로 구성되고, 단열벽(21) 및 단열판(22)은 일체로 형성될 수 있으며, 단열벽(21)에 의해 시료 채취부(10)와 시료 측정부(30) 사이의 복사열을 차단할 수 있고 단열판(22)에 의해 시료 채취부(10)와 시료 측정부(30) 사이의 열전도를 차단할 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 베타레이 분석기(222)는 시료 채취부(10)에서의 고온 조건(예를 들어, 120 ± 14℃)과 시료 측정부(30)에서의 항온 조건(예를 들어, 40℃)을 동시에 충족시키는 것이 가능하다.
시료 측정부(30)에서의 항온 조건과 관련하여, 배출가스 내의 미세먼지 측정을 위해서는 측정의 온도를 항상 일정하게 유지하는 것이 바람직한데, 이는 동일한 측정 조건에서 지속적으로 미세먼지 양을 측정해야만 측정 오차가 발생하지 않기 때문이다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 측정부(30)는 시료 측정부(30)의 적어도 일부 영역에 배치되어 시료 측정부(30)의 온도를 측정하기 위한 제2 온도 센서(38)를 더 포함할 수 있고, 또한 시료 측정부(30)의 적어도 일부 영역에는 시료 측정부(30) 내의 공기를 냉각시키기 위한 냉각팬(33)이 더 구비될 수 있다.
따라서, 제어부(60)는 제2 온도 센서(38)에 의해 측정되는 시료 측정부(30)의 온도가 미리 설정된 제2 온도(예를 들어, 40℃)를 초과하는 경우 냉각팬(33)을 활성화함으로써 시료 측정부(30)의 온도가 상기 미리 설정된 제2 온도(예를 들어, 40℃)를 유지하도록 제어할 수 있다. 그에 따라, 검출기의 온도가 동일한 일정 온도가 되었을 때에 실효 측정값을 검출할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 시료 측정부(30)는 주기적으로 영점 교정과 스판 교정을 시행함에 있어 스판 교정판(span filter)을 삽입할 수 있도록 스판 교정구(32)를 추가로 구비할 수 있다.
필터부(50)는 베타레이 분석기(222)의 하측에 배치되어 공급용 여과 필터를 롤(roll) 형태로 저장할 수 있다. 여과 필터는 필터 캐리어(51)에 의해 안전하게 공급될 수 있고, 필터 캐리어(51) 부근에 포토 센서(52)를 배치함으로써 공급 필터의 길이를 정확하게 측정하여 동일한 길이로 공급할 수 있도록 하고, 그에 따라 측정 구간이 일정하게 유지되도록 한다.
측정된 시료는 캐리어 받침대(55)에서 필터를 안정되게 유지시키면서 측정시료보관소(56)로 이송함으로써 보관될 수 있다.
이와 관련하여, 시료 필터를 이송하기 위해서는 미세먼지채취필터(54)와 미세먼지측정필터(57)가 개방될 필요가 있지만 시료 채취와 시료 측정이 수행될 때에는 외부 공기가 완전하게 차단될 수 있도록 미세먼지채취필터(54)와 미세먼지측정필터(57)가 밀폐됨이 바람직하며, 이를 위해 본 발명의 추가 실시예에 따른 베타레이 분석기(222)는 개방/밀착 제어부(40)를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 개방/밀착 제어부(40)는 일체로 형성되어 시료 채취부(10)의 적어도 일부 영역 및 시료 측정부(30)의 적어도 일부 영역을 통해 상하 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는 승강 부재(44)와, 승강 부재(44)의 적어도 일부 영역과 결합되어 승강 부재(44)의 상승 이동 또는 하강 이동을 가능하게 하는 승강 구동 모터(45)로 구성될 수 있다.
따라서, 승강 구동 모터(45)에 의해 승강 부재(44)가 하강 시에 승강 부재(44)는 시료 채취부(10)에서의 미세먼지채취필터(54) 및 시료 측정부(30)에서의 미세먼지측정필터(57)의 둘레를 밀착하여 폐쇄시키도록 구성될 수 있다. 승강 구동 모터(45)에 의해 승강 부재(44)가 하강하는 실시예에 추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명의 추가 실시예에 따르면 승강 부재(44)의 둘레를 따라 밀착 부재(46)가 추가로 구비될 수 있고, 상기 밀착 부재(46)는 예를 스프링일 수 있으며, 그에 따라 승강 부재(44)를 아래 방향으로 밀착시킬 수 있다.
도 3에서는 미세먼지 시료의 채취 및 측정 시에 승강 구동 모터(45)에 의해 승강 부재(44)가 하강하여 미세먼지채취필터(54) 및 미세먼지측정필터(57)의 둘레를 밀착시키거나 또는 밀착 부재(46)에 의한 탄성력에 의해 승강 부재(44)가 하측 방향으로 가압되어 미세먼지채취필터(54) 및 미세먼지측정필터(57)의 둘레를 밀착시키는 구성을 도시하고 있으나, 본 발명의 추가 실시예에 따르면 필터 이송 시에 승강 구동 모터(45)에 의해 승강 부재(44)가 상승하여 미세먼지채취필터(54) 및 미세먼지측정필터(57)가 일시적으로 개방되며, 개방된 공간을 따라 필터가 이송되도록 구현할 수도 있다.
참고로, 도 3에서는 시료 채취부(10)의 적어도 일부 영역에 결합되는 승강 부재(44)와 시료 측정부(30)의 적어도 일부 영역에 결합되는 승강 부재(44)가 일체로 형성되어 단일의 승강 구동 모터(45)에 의해 일체로 상하 슬라이딩 이동하는 구성을 도시하고 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 시료 채취부(10) 측의 승강 부재(44)와 시료 측정부(30)의 측의 승강 부재(44)에 각각 상이한 승강 구동 모터가 기계적으로 결합됨으로서 상이한 승강 구동 모터에 의해 각각 구동될 수 있도록 베타레이 분석기(222)가 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000)가 굴뚝(1)에 단일의 천공(2’)만을 구비함으로써 구현 가능하다는 특징을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 3과 관련하여 기술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000, 1000’)에 의하면 시료 채취부(100) 내의 피토관(120)에 의해서 굴뚝 배출가스의 유속(또는 유량)이 측정되고, 입경분리장치(221) 및 베타레이 분석기(222)에 의해 굴뚝 배출가스의 입자상 물질이 측정되며, 베타레이 분석기(222)에서 배출되는 시료 가스를 측정 및 분석하는 가스분석부(600, 600’)를 통해 수용성 가스 및/또는 비수용성 가스가 측정될 수 있으며, 따라서 단일의 측정구를 통해 굴뚝 내 배출가스를 흡인하여도 입자상 물질(TSP), 유속, 수분 및 가스상 물질 모두를 측정하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치에 의하면, 단일의 측정구를 구비한 시료채취시스템으로 입자상 물질과 가스상 물질을 동시에 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치에 의하면, 가스상 물질의 측정에 있어 오차의 원인이 되는 입자상 물질을 그 전단에서 자동적으로 그리고 완전하게 제거함으로써 가스상 물질의 측정 정확도와 유지 보수를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치에 의하면, 기존 베타레이 측정기에서 버려졌던 응축수를 활용하여 수분의 양을 측정함으로써 고가의 고정형 수분측정기를 대체할 수 있으며, 동시에 응축수를 분석하여 수용성 가스를 측정함으로써 통합측정장치의 경제적인 측면을 상당히 개선할 수 있다.
특정한 순서로 동작들이 도면에 도시되어 있지만, 이러한 동작들이 원하는 결과를 달성하기 위해 도시된 특정한 순서, 또는 순차적인 순서로 수행되거나, 또는 모든 도시된 동작이 수행되어야 할 필요가 있는 것으로 이해되지 말아야 한다. 임의의 환경에서는, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 더욱이, 상술한 실시예에서 다양한 구성요소들의 구분은 모든 실시예에서 이러한 구분을 필요로 하는 것으로 이해되어서는 안되며, 기술된 구성요소들이 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품으로 패키징될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 굴뚝
2, 2’: 굴뚝 천공
10: 미세먼지 채취부
11: 미세먼지 채취 장치
12: 가열 흡인관
13: 가열 도관
15: 흡인 공기 배출관
16: 제1 온도 센서
20: 단열부
21: 단열벽
22: 단열판
30: 시료 측정부
31: 베타레이 검출기 하우징
32: 스판 교정구
33: 냉각팬
35: 베타레이 소스 장착부
36: 베타레이 소스
38: 제2 온도 센서
39: 베타레이 검출기
40: 개방/밀착 제어부
44: 승강 부재
45: 승강 구동 모터
46: 밀착 부재
50: 필터부
51: 필터 캐리어
52: 포토 센서
54: 미세먼지채취필터
55: 캐리어 받침대
56: 측정미세먼지보관소
57: 미세먼지측정필터
60: 제어부
91: 제1 필터
92: 제2 필터
93: 퍼지시스템
94: 퍼지가스공급기
100: 시료 채취부
110: 흡인관
111: 흡인 노즐
120: 피토관
130: 온도계
140: 가열 장치
221: 입경분리장치
221a: PM10 임팩터
221b: PM2.5 임팩터
222: 베타레이 분석기
300: 전처리부
310: 냉각기
320: 배출펌프
400: 가스측정부
410: O2 센서
420: CO2 센서
500: 등속흡인제어부
510: 유량계
520: 제어밸브
530: 흡인펌프
600, 600’: 가스분석기
610: 수분분석기
620: 이온전극법 수용성 가스분석기
630: 비수용성 가스분석기
640: 광학식 수용성 가스분석기
700: TSP 분석기
1000, 1000’: 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치

Claims (10)

  1. 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000, 1000’)로서,
    굴뚝 내 배출가스 시료를 채취하여 제1 입경 이상의 입자상 물질을 분리하도록 구성되는 입경분리장치(221);
    상기 입경분리장치(221)의 후단에 배치되되, 상기 제1 입경 미만의 입자상 물질을 측정 및 분석하도록 구성되는 베타레이 분석기(222);
    상기 베타레이 분석기(222)에서 배출되는 시료 가스에 포함된 수분을 응축하도록 구성되는 전처리부(300); 및
    상기 베타레이 분석기(222)의 후단에 배치되되, 상기 베타레이 분석기(222)에서 배출되는 시료 가스를 측정 및 분석하도록 구성되는 가스분석부(600)를 포함하고,
    상기 가스분석부(600)는,
    상기 전처리부(300)의 후단에 배치되어, 상기 전처리부(300)에서 응축된 응축수를 전기 분해하여 수용성 가스의 양을 측정하는 이온전극법 수용성 가스분석기(620); 및
    상기 전처리부(300)의 후단에 배치되어, 상기 전처리부(300)에서 배출되는 건조배출가스를 분석하여 비수용성 가스의 양을 측정하는 비수용성 가스분석기(630)로 구성되는,
    굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000, 1000').
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입경분리장치(221) 및 상기 베타레이 분석기(222)와 결합되어, 상기 굴뚝 배출가스 내의 입자상 물질을 분석하도록 구성되는 TSP 분석기(700)를 더 포함하는,
    굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000, 1000').
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 TSP 분석기(700)는, 상기 입경분리장치(221)에서 분리되는 상기 제1 입경 이상의 입자상 물질 및 상기 베타레이 분석기(222)에서 포집되는 상기 제1 입경 미만의 입자상 물질을 합산하여 상기 굴뚝 배출가스 내의 입자상 물질을 분석하도록 추가로 구성되는,
    굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000, 1000').
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스분석부(600)는, 상기 전처리부(300)에서 응축된 응축수의 양을 측정하도록 구성되는 수분분석기(610)를 더 포함하는,
    굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000, 1000').
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 베타레이 분석기(222)는, 상기 제1 입경 미만의 입자상 물질을 채취하도록 구성되는 미세먼지채취필터(54)를 포함하는,
    굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000, 1000').
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 미세먼지채취필터(54)는 롤 필터(roll filter)로 구현되는,
    굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000, 1000').
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 입경분리장치(221)는 PM10 임팩터(221a) 및 PM2.5 임팩터(221b)로 구성되는 캐스케이드-임팩터(cascade impactor)로 구현되는,
    굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치(1000, 1000').
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102260692B1 (ko) * 2021-01-26 2021-06-07 한국표준과학연구원 굴뚝 배출 미세먼지 실시간 측정 장치
KR102389533B1 (ko) * 2022-01-26 2022-04-25 한국표준과학연구원 확장노즐이 장착된 pm1.0 입경분립장치 및 효율 평가 방법
KR20220085867A (ko) * 2020-12-15 2022-06-23 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치
KR20220092683A (ko) * 2020-12-24 2022-07-04 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치
KR20220127395A (ko) * 2021-03-10 2022-09-20 주식회사 전진엠에스 선박 내 블랙카본 측정 장치
KR102613009B1 (ko) * 2023-01-06 2023-12-13 주식회사 하이테크디젤 매연저감필터의 차압 측정을 위한 차압측정장치

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006010555A (ja) * 2004-06-28 2006-01-12 Horiba Ltd ガス分析用前処理装置
KR20180076667A (ko) * 2016-12-28 2018-07-06 인하대학교 산학협력단 굴뚝 배출가스 중 미세먼지 시료 채취관
JP6474685B2 (ja) * 2015-05-20 2019-02-27 株式会社Ｓｏｋｅｎ 内燃機関の排気浄化装置及び粒子状物質検出装置
KR20190026459A (ko) * 2017-09-05 2019-03-13 주식회사 정엔지니어링 흡인노즐에 단면적 조절장치가 부착된 배기가스 연속 등속 채취 장치와 이를 결합한 배기가스 미세먼지 연속자동측정 시스템
KR102022344B1 (ko) * 2017-10-27 2019-09-18 황성철 배기가스 성분 분석 시스템
KR102052733B1 (ko) * 2019-03-07 2019-12-11 주식회사 정엔지니어링 베타레이 기반의 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치
KR102060651B1 (ko) * 2019-02-22 2019-12-31 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 배출가스의 미세먼지 연속자동측정장치

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006010555A (ja) * 2004-06-28 2006-01-12 Horiba Ltd ガス分析用前処理装置
JP6474685B2 (ja) * 2015-05-20 2019-02-27 株式会社Ｓｏｋｅｎ 内燃機関の排気浄化装置及び粒子状物質検出装置
KR20180076667A (ko) * 2016-12-28 2018-07-06 인하대학교 산학협력단 굴뚝 배출가스 중 미세먼지 시료 채취관
KR20190026459A (ko) * 2017-09-05 2019-03-13 주식회사 정엔지니어링 흡인노즐에 단면적 조절장치가 부착된 배기가스 연속 등속 채취 장치와 이를 결합한 배기가스 미세먼지 연속자동측정 시스템
KR102022344B1 (ko) * 2017-10-27 2019-09-18 황성철 배기가스 성분 분석 시스템
KR102060651B1 (ko) * 2019-02-22 2019-12-31 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 배출가스의 미세먼지 연속자동측정장치
KR102052733B1 (ko) * 2019-03-07 2019-12-11 주식회사 정엔지니어링 베타레이 기반의 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220085867A (ko) * 2020-12-15 2022-06-23 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치
KR102583791B1 (ko) 2020-12-15 2023-10-06 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치
KR20220092683A (ko) * 2020-12-24 2022-07-04 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치
KR102451787B1 (ko) 2020-12-24 2022-10-12 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치
KR102260692B1 (ko) * 2021-01-26 2021-06-07 한국표준과학연구원 굴뚝 배출 미세먼지 실시간 측정 장치
KR20220127395A (ko) * 2021-03-10 2022-09-20 주식회사 전진엠에스 선박 내 블랙카본 측정 장치
KR102556940B1 (ko) * 2021-03-10 2023-07-20 주식회사 전진엠에스 선박 내 블랙카본 측정 장치
KR102389533B1 (ko) * 2022-01-26 2022-04-25 한국표준과학연구원 확장노즐이 장착된 pm1.0 입경분립장치 및 효율 평가 방법
KR102613009B1 (ko) * 2023-01-06 2023-12-13 주식회사 하이테크디젤 매연저감필터의 차압 측정을 위한 차압측정장치

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