KR102302601B1 - 굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정장치 - Google Patents

굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 암모니아의 분석 재현성과 정확도를 높일 수 있는 굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정장치에 관한 것이다. 이를 위해, 굴뚝 배기가스로부터 암모니아를 연속적으로 측정하는 장치에 있어서, 굴뚝(10)내에 설치되고 시료가스가 유입되는 프로브(20); 프로브(20)와 연결되어 굴뚝(10)의 외부로 연장되는 시료가스의 추출선(30) 및 상기 추출선(30)을 가열하는 추출선히터(35); 추출선(30)과 연결되고, 시료가스로부터 수분을 제거하는 수분전처리장치(100); 및 수분전처리장치(100)에서 수분이 제거된 시료가스를 이용하여 암모니아의 농도를 측정하는 암모니아 모니터링장치(200);를 포함하고, 추출선(30), 수분전처리장치(100), 및 암모니아 모니터링장치(200)중 시료가스와 접하는 적어도 하나의 영역은 테프론 또는 실코스틸(SilcoSteel)로 코팅된다.

Description

굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정장치{Continuous measurement device of ammonia from a stack exhaust gas}
본 발명은 굴뚝의 배출가스로부터 암모니아의 농도를 연속적으로 측정하여 모니터링할 수 있는 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 암모니아의 분석 재현성과 정확도를 높일 수 있는 굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정장치에 관한 것이다.
공장 굴뚝의 배출가스 또는 대기중에 포함된 오염물질의 농도를 측정하기 위해서는 시료가스를 채취하여 성분별 농도를 분석한다. PMR(Particle Mobility Regulator, 미세먼지 이동 조절장치) 또는 수분 전처리장치(Desolvator)는 굴뚝 환경에서 각종 오염물질을 연속으로 자동 측정할 때 미세먼지는 통과시키면서 수분만 제거하는 오염물질 이동 조절장치이다. 수분(H2O)은 극성이 매우 큰 물질이므로, 암모니아 또는 (CH3)2CCl2와 같은 극성이 큰 악취 또는 VOC(휘발성유기화합물)의 농도 분석에 영향을 미친다. 특히, 굴뚝의 배출가스는 암모니아의 분석에 영향을 줄 수 있는 다량의 수분을 포함하고 있다. 따라서 시료채취 또는 분석 전에 수분 제거 처리는 시료 분석에 있어 매우 중요한 일이다.
또한, 암모니아의 연속 측정시 시료가스가 유동하는 수분 전처리장치나 측정장치, 파이프의 내면에 오염물질이 점진적으로 침착되었다. 이 경우, 측정장치를 주기적으로 멈추고, 부품을 청소하거나 교체해야 하는 운영상의 불편함이 있었다. 또한, 측정의 중단으로 연속 측정의 의미가 훼손되고, 측정 데이터의 연속성이 상실되었다. 그리고, 중단시에 배출되는 배출가스의 상태를 알 수 없다는 단점도 있었다. 이는 연속 측정을 전제로 하는 굴뚝 시스템에서는 치명적인 한계로 지적되어 왔다.
한국공개특허공보 제2006-0039465호 특허출원 제10-2015-0062003호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 굴뚝에서 배출되는 고온의 시료가스로부터 수분을 효과적으로 제거하면서도, 암모니아의 농도를 연속적으로 정확하게 측정할 수 있는 굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 굴뚝 배기가스로부터 암모니아를 연속적으로 측정하는 장치에 있어서, 굴뚝(10)내에 설치되고 시료가스가 유입되는 프로브(20); 프로브(20)와 연결되어 굴뚝(10)의 외부로 연장되는 시료가스의 추출선(30) 및 추출선(30)을 가열하는 추출선히터(35); 추출선(30)과 연결되고, 시료가스로부터 수분을 제거하는 수분전처리장치(100); 및 수분전처리장치(100)에서 수분이 제거된 시료가스를 이용하여 암모니아의 농도를 측정하는 암모니아 모니터링장치(200);를 포함하고, 추출선(30), 수분전처리장치(100), 및 암모니아 모니터링장치(200)중 시료가스와 접하는 적어도 하나의 영역은 실코스틸(SilcoSteel) 또는 테프론(Teflon)을 포함하는 것을 특징으로 하는 굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정장치가 제공된다.
또한, 추출선(30), 수분전처리장치(100), 및 암모니아 모니터링장치(200)중 시료가스와 접하는 적어도 하나의 영역은 스테인레스스틸로 제작되고, 스테인레스스틸 표면에 실코스틸 또는 테프론이 코팅될 수 있다.
또한, 수분전처리장치(100)는, 시료가스가 유입되는 유입구(110); 및 유입구(110)에 인접하게 설치되는 히터(115)를 포함한다.
또한, 수분전처리장치(100)는 펠티어(130)를 더 포함하고, 펠티어(130)의 냉각에 의해 수분이 서리로 상변환되어 시료가스로부터 분리제거된다.
또한, 수분전처리장치(100)는, 둘레에 펠티어(130)가 설치되고, 내부로 시료가스가 유동하는 수직관(120); 수직관(120)의 하단에 설치되는 물탱크(150); 및 수직관(120)의 하부에서 분지되는 분지관(160);을 포함할 수 있다.
또한, 수분전처리장치(100)와 암모니아 모니터링장치(200)를 연결하는 연결관(180)을 더 포함할 수 있다.
또한, 암모니아 모니터링장치(200)는, 시료가스가 유입되는 NDIR 유입관(215); NDIR 유입관(215)과 연결된 가스챔버(220); 가스챔버(220)와 연결된 NDIR 유출관(370); 및 가스챔버(220) 내에 설치된 NDIR 검출수단을 포함한다.
NDIR 유출관(370)은 시료가스를 배출하기 위한 진공펌프(395)가 더 구비된다.
상기와 같이 기술된 본 발명의 일 실시예에 의하면, 굴뚝에서 배출되는 고온의 시료가스로부터 수분을 효과적으로 제거함으로써 암모니아의 농도를 정확히 분석할 수 있다.
또한, 전체 시스템의 멈춤없이 장기간의 연속 측정이 가능하여 장기간에 걸친 암모니아 측정 데이터를 얻을 수 있고, 운영자의 유지 보수 부담을 경감할 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정장치의 전체 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 연속 측정장치중 수분전처리장치(100)의 개략적인 구성도,
도 3은 도 1에 도시된 연속 측정장치중 암모니아 모니터링 장치(200)의 개략적인 구성도,
도 4는 도 2에 도시된 수분전처리장치(100)와 도 3에 도시된 암모니아 모니터링 장치(200)의 연결관계를 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정방법을 나타내는 흐름도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수분전처리장치(200)에서 펠티어(130)의 다양한 온도에 따른 암모니아의 회수율을 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 수분전처리장치(100, KPASS(Korean Purifying All Sample Savior))와 일반적인 냉각기를 이용하여 암모니아의 회수율을 비교 실험한 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 암모니아 모니터링 장치(200)에서 가스챔버(220)의 내면 재질 차이에 따른 암모니아의 회수율을 비교한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
실시예의 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정장치의 전체 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 굴뚝(10)은 각종 산업시설(제철소, 정유시설, 열병합 발전소 등), 일반시설(예 : 목욕탕, 화장터 등), 환경시설(예 : 쓰레기 소각장 등)의 굴뚝이 될 수 있다.
등속흡인 상태를 유지하는 시료채취용 프로브(20)는 굴뚝(10)의 내부 중앙에 설치되고, 수평으로 굴뚝(10) 외부까지 연장된다. 시료채취용 프로브(20)의 입구는 굴뚝(10)의 하부를 향한다. 프로브(20)의 둘레에는 별도의 히터를 설치하여 시료채취용 프로브(20)를 가열(예 : 60 ~ 180℃ 범위)할 수 있다.
추출선(30)은 프로브(20)로부터 쉘터(40)까지 연장되며, 시료가스를 전달하고, 둘레에는 추출선히터(35)가 설치된다. 추출선(30)은 10 ~ 100m 범위로 연장되어 설치된다. 추출선히터(35)는 추출선(30)을 60 ~ 180℃ 범위에서 가열할 수 있는 전열히터이다.
제어부(미도시)는 별도의 굴뚝(10) 온도센서(미도시)의 출력에 비례하여 프로브(20)의 히터와 추출선히터(35)의 가열온도를 제어한다. 추출선히터(35)로 가열하고, 펠티어(130)로 냉각하는 것은 음페바 효과를 이용하여 수분 제거를 촉진하기 위함이다.
음페바(Mpemba) 효과란 같은 냉각 조건에서 높은 온도의 물이 낮은 온도의 물보다 빨리 어는 현상을 의미하는 것으로, 물 분자들이 가까이 붙이면 분자끼리 수소결합(hydrogen bond)으로 인해 서로 끌어당기며 이때 수소와 산소 원자 사이의 공유결합(covalent bond)이 길어지며 에너지를 축적하게 된다. 이러한 물을 끓이면 수소결합(Hydrogen bond)이 길어지면서 물의 밀도가 줄어들게 되며 이때 공유결합(covalent bond)이 다시 줄어들며 축적했던 에너지를 방출한다. 즉, 많은 에너지를 축적한 뜨거운 물이 냉각 시 더 빠르게 에너지를 방출하기 때문에 빨리 어는 것이다.
쉘터(40)는 지상에 설치된 격리 공간으로 내부에 수분전처리장치(100), 암모니아 모니터링장치(200) 및 데이터 기록장치(300) 등이 구비되고, 그 밖의 관련 설비(예 : 전원장치, 컴퓨터, 통신장치 등)가 구비된다.
도 2는 도 1에 도시된 연속 측정장치중 수분전처리장치(100)의 개략적인 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수분전처리장치(100)의 유입구(110)는 추출선(30)과 연결되어 시료가스가 유입될 수 있다.
수직관(120)은 수직으로 설치되어 수분이나 서리 녹은 물이 흘러 내리도록 하고, 시료가스가 상부에서 하부로 유동한다.
히터(115)는 유입구(110)의 주변이나 둘레에 설치되고, 시료가스가 펠티어(130)에 의해 냉각되기 직전까지 가열된 상태를 유지될 수 있도록 한다.
펠티어(130)는 냉각모드에서 -20℃ 내지 0℃ 범위를 유지함으로써 시료가스 중에 포함된 수분이 서리로 상변환되도록 한다. 또한 펠티어(130)는 가열모드에서 50℃ 내지 80℃ 범위를 유지함으로써 수직관(120) 내벽에 성장된 서리를 녹여서 흘러내리도록 한다.
방열부(140)는 펠티어(130)에 연결되어 냉각모드일 때 고온을 대기중으로 방출하고, 가열모드에서 대기중으로부터 열을 흡수한다. 이를 위해, 방열부(140)는 냉각핀, 라디에이터 등이 될 수 있다.
분지관(160)의 일단은 수직관(120)의 하부에서 분지되고, 수직으로 연장되어 타단은 유출구(170)를 형성한다. 분지관(160)은 수분이 제거된 시료가스를 암모니아 모니터링 장치(200)로 전달하는 기능을 한다.
물탱크(150)는 수직관(120)의 하단에 설치되어 별도의 펌프나 팬없이 수직관(120)을 자연스럽게 흘러내리는 수분이나 물방울이 모이도록 한다. 물탱크(150)에 수집된 물은 별도의 펌프나 밸브를 통해 외부로 배출된다.
이러한 유입구(110), 수직관(120), 분지관(160) 및 유출구(170)는 스테인레스스틸로 제작되고, 그 내면은 테프론(Teflon) 또는 실코스틸(SilcoSteel)로 코팅될 수 있고, 그 밖의 다양한 소수성 코팅도 가능하다.
실코스틸(SilcoSteel®)은 용융실리카(Fused Silica)가 코팅된 스틸재이다. 이러한 실코스틸은 시료가스가 파이프의 내면에 침착되는 것을 방지하는 기능을 한다. 이를 통해 시료가스의 성분변화가 없고, 파이프 내경의 막힘이나 좁아짐 없이 연속적으로 시료가스가 파이프를 유동할 수 있다.
테프론(Teflon®)은 테트라플루오르에틸렌(Tetrafluoroethylene)의 첨가중합으로 얻는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)으로 만든 섬유로서, 미국 뒤폰사(Dupont 社)가 개발하여 1945년부터 테프론이라는 상품명으로 출시하였다. 폴리테트라플루오르에틸렌은 녹는점이 높고, 융해 상태에서 점도가 높아 적절한 용매가 없다. 테프론(Teflon®)의 융점은 327 ℃이며, 고온의 농산(濃酸), 50% 수산화나트륨에서도 견디는 우수한 내열성과 내약품성을 가진다. 또한 플루오르의 낮은 표면에너지로 소수성의 잘 젖지 않는 특성이 있어 시료가스의 침착을 저지할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 연속 측정장치중 암모니아 모니터링 장치(200)의 개략적인 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 암모니아 모니터링 장치(200)의 NDIR유입구(210)는 연결관(180)에 연결된다.
NDIR(Nondispersive infrared sensor, 비분산형 적외선 가스센서) 유입관(215)은 NDIR유입구(210)와 가스챔버(220) 사이에 배관된다.
가스챔버(220)는 내부가 비어 있는 밀폐공간으로 시료가스가 채워진다. 가스챔버(220)는 스테인레스스틸 또는 테프론 또는 실코스틸로 코팅된 알루미늄으로 제작된다. 또한, 가스챔버(220)는 일반 강재, 유리, 또는 합성수지 등으로 제작할 수 있고, 그 내면을 테프론 또는 실코스틸로 코팅할 수도 있다. 코팅 두께는 10 ㎛ ~ 900 ㎛가 될 수 있으며, 바람직하게는 100 ~ 500 ㎛가 될 수 있다. 코팅 두께가 너무 얇으면 성막을 형성하기 어렵고 벗겨지거나 일정한 두께를 형성하기 어렵다. 그리고, 코팅 두께가 너무 두꺼우면 경제성이 악화될 수 있다.
NDIR 유출관(370)의 일단은 가스챔버(220)에 연결되고, 중간영역은 수직하게 연장되며, 타단은 NDIR 유출구(380)까지 연결된다.
광원(350)은 NDIR을 위해 특정 파장을 가진 적외선 광원이며, 가스챔버(220) 내부로 적외선을 조사하고, NDIR 검출부(230)에 수광되도록 한다.
밴드패스필터 휠(360)은 광원(350)의 앞쪽에서 휠모터(240)에 의해 정속(예 : 1,200 rpm) 회전한다. 밴드패스필터 휠(360)은 특정 IR파장을 통과시키는 밴드패스 필터와 불활성기체(질소, 아르곤 등)가 충진된 기준셀 필터를 갖는다.
NDIR 검출부(230)는 가스챔버(220)의 시료가스를 통과한 적외선이 수광되는 센서부재(예 : IR Detector)이다. NDIR 검출부(230)는 시료가스중 암모니아의 농도에 따라 수광되는 광량의 감소를 통해 전압을 출력한다.
NDIR 유출구(380)는 측정이 완료된 시료가스를 배출하며, 배출관(390) 및 진공펌프(395)와 연결된다.
암모니아 모니터링장치(200)에서 NDIR 유입구(210), NDIR유입관(215), 가스챔버(220), NDIR유출관(370) 및 NDIR 유출구(380)는 스테인레스스틸로 제작되고, 그 내면은 테프론(Teflon) 또는 실코스틸(SilcoSteel)로 코팅될 수 있고, 그 밖의 다양한 소수성 코팅도 가능하다.
도 4는 도 2에 도시된 수분전처리장치(100)와 도 3에 도시된 암모니아 모니터링 장치(200)의 연결관계를 나타낸 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수분전처리장치(100)와 암모니아 모니터링 장치(200)는 연결관(180)에 의해 직렬로 연결된다. 연결관(180)은 일반 강재 또는 스테인레스스틸로 제작되고, 그 내면은 테프론 또는 실코스틸로 코팅될 수 있다.,
실시예의 동작
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정방법을 나타내는 흐름도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 굴뚝(10)에서 프로브(20)가 고온(예 : 120℃)의 시료가스를 채취한다(S100). 이러한 시료가스는 다량의 수분과 암모니아 및 그 밖의 공해물질(예 : VOCs, 미세먼지, NOx, SOx 등)을 포함하고 있다.
채취된 시료가스를 추출선(30)을 따라 수분전처리장치(100)의 유입구(110)로 이송된다. 이송중인 시료가스는 추출선히터(35)에 의해 60 ~ 180℃ 범위로 예열된다(S110).
그 다음은, 시료가스는 수직관(120)을 통해 하방으로 유동하고, -20℃로 냉각된 펠티어(130)를 통과하면서 수분이 서리로 상변화된다. 시료가스로부터 서리가 발생함에 따라 시료가스에 포함되어 있던 수분이 제거된다(S120). 일부의 서리는 수직관(120)의 내벽에서 성장하고, 나머지 서리는 수직으로 떨어져서 물탱크(150)에 모이게 된다.
수분만이 제거된 시료가스는 분지관(160)과 연결관(180)을 통해 암모니아 모니터링 장치(200)의 NDIR 유입구(210)로 이동한다. 시료가스는 NDIR 유입구(210)를 통해 NDIR 유입관(215), 가스챔버(220), DNIR 유출관(370) 및 NDIR 유출구(380)를 순차적으로 통과하게 된다. 이때, 광원(350)에서 조사된 적외선은 밴드패스필터 휠(360)을 통과한 후 시료가스로 충진된 가스챔버(220)를 통과하여 NDIR 검출부(230)에 수광된다. 시료가스속에 포함된 암모니아의 농도에 따라 NDIR 검출부(230)에 수광되는 광량이 변화하고 이를 검출하여 암모니아 농도값으로 출력하게 된다. 가스챔버(220) 내로 시료가스는 연속적으로 유입되고 유출되기 때문에 NDIR 검출부(230)는 일정 주기(예 : 0.05 ms ~ 0.1 ms)마다 암모니아의 농도를 검출할 수 있다(S130).
그 다음, 배출관(390)에 설치된 진공펌프(395)에 의해 시료가스는 대기중으로 방출된다(S140).
이와 같은 시료가스의 수분 전처리 과정 및 암모니아 농도 측정 과정 중 시료가스가 지나는 유입구(110), 수직관(120), 분지관(160), 유출구(170), 연결관(1800, NDIR 유입구(210), NDIR 유입관(215), 가스챔버(220), NDIR 유출관(370)의 내부는 실코스틸이나 테프론으로 코팅되어 있다. 따라서, 시료가스 중 암모니아가 관내부에 침착되지 않음으로써, 암모니아의 농도에 변화가 없어 정확한 암모니아의 농도 측정이 가능하다.
또한, 코팅으로 인해 시료가스에 포함된 다양한 오염물질(예 : 미세먼지, NOx, SOx 등)이 침착되지 않음으로써, 파이프 내경이 좁아지거나 폐쇄되는 것을 방지하고 암모니아의 연속적인 측정이 가능하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 파이프나 가스챔버 외에 각종 파이프 연결재, 나사결합부에도 실코스틸이나 테프론 코팅을 할 수 있다.
실시예의 실험
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수분전처리장치(200)에서 펠티어(130)의 다양한 온도에 따른 암모니아의 회수율을 나타내는 그래프이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 펠티어(130)가 차가울 수록 암모니아의 회수율이 높아지는 것을 알 수 있다. 도 6에서 펠티어(130)가 -20℃일때, 암모니아의 회수율은 대략 100%에 근접한다. 굴뚝(10)에서 배출되는 배출가스가 약 120℃의 고온이므로 수직관(120) 내에서 고형의 서리가 잘 형성됨을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 수분전처리장치(100, KPASS(Korean Purifying All Sample Savior))와 일반적인 냉각기를 이용하여 암모니아의 회수율을 비교 실험한 그래프이다. 도 7에서 수분전처리장치(100, KPASS)의 암모니아 회수율이 거의 100%인데 반해, 일반적인 냉각기의 암모니아 회수율은 약 40% 임을 알 수 있다. 이는 일반적인 냉각기가 수분을 제거할 때 암모니아도 함께 제거하고 있음을 의미하는 것으로, 부정확한 암모니아의 농도 측정이 불가피하다.
도 8은 본 발명에 따른 암모니아 모니터링 장치(200)에서 가스챔버(220)의 내면 재질 차이에 따른 암모니아의 회수율을 비교한 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 가스챔버(220)가 실코스틸, 테플론 또는 스테인레스스틸(SUS316)인 경우 암모니아의 회수율이 거의 100%이고, 아노다이징 알루미늄인 경우 암모니아의 회수율은 약 80%를 나타냈다. 즉, 가스챔버(220)의 내면이 아노다이징 알루미늄인 경우 약 20%의 암모니아가 내부에 침착됨으로써 정확한 농도 측정이 어렵다는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10 : 굴뚝,
20 : 프로브,
30 : 추출선,
35 : 추출선히터,
40 : 쉘터,
100 : 수분전처리장치,
110 : 유입구,
115 : 히터,
120 : 수직관,
130 : 펠티어,
140 : 방열부,
150 : 물탱크,
160 : 분지관,
170 : 유출구,
180 : 연결관,
200 : 암모니아 모니터링 장치,
210 : NDIR 유입구,
215 : NDIR 유입관,
220 : 가스챔버,
230 : NDIR 검출부,
240 : 휠모터,
300 : 데이터 기록장치,
350 : 광원,
360 : 밴드패스필터 휠,
370 : NDIR 유출관,
380 : NDIR 유출구,
390 : 배출관,
395 : 진공펌프.

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  10. 굴뚝 배기가스로부터 암모니아를 연속적으로 측정하는 장치에 있어서,
    상기 굴뚝(10)내에 설치되고 시료가스가 유입되는 프로브(20);
    상기 프로브(20)와 연결되어 상기 굴뚝(10)의 외부로 연장되는 상기 시료가스의 추출선(30) 및 상기 추출선(30)을 가열하는 추출선히터(35);
    상기 추출선(30)과 연결되고, 상기 시료가스로부터 수분을 제거하는 수분전처리장치(100); 및
    상기 수분전처리장치(100)에서 수분이 제거된 시료가스를 이용하여 암모니아의 농도를 측정하는 암모니아 모니터링장치(200);를 포함하고,
    (i) 상기 수분전처리장치(100)는,
    (i-1) 둘레에 펠티어(130)가 설치되고, 내부로 상기 시료가스가 유동하는 수직관(120);
    (i-2) 상기 수직관(120) 하부에 설치되는 물탱크(150); 및
    (i-3) 상기 수직관(120)의 하부에서 분지되는 분지관(160);을 포함하고,
    (ii) 상기 암모니아 모니터링장치(200)는,
    (ii-1) 상기 시료가스가 유입되는 NDIR 유입관(215);
    (ii-2) 상기 NDIR 유입관(215)과 연결된 가스챔버(220);
    (ii-3) 상기 가스챔버(220)와 연결된 NDIR 유출관(370); 및
    (ii-4) 상기 가스챔버(220) 내에 설치된 NDIR 검출수단;을 포함하며,
    (iii) 상기 분지관(160)와 상기 NDIR 유입관(215)을 연결하는 연결관(180);을 더 포함하고,
    상기 추출선(30), 상기 수직관(120), 상기 분지관(160), 상기 연결관(180), 상기 NDIR 유입관(215) 및 상기 NDIR 유출관(370)은 스테인레스스틸로 제작되며, 내면에 테프론이 코팅되고, 그리고
    상기 가스챔버(220)는 스테인레스스틸 또는 테프론이나 실코스틸로 코팅된 알루미늄으로 제작되는 것을 특징으로 하는 굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정장치.
  11. 굴뚝 배기가스로부터 암모니아를 연속적으로 측정하는 장치에 있어서,
    상기 굴뚝(10)내에 설치되고 시료가스가 유입되는 프로브(20);
    상기 프로브(20)와 연결되어 상기 굴뚝(10)의 외부로 연장되는 상기 시료가스의 추출선(30) 및 상기 추출선(30)을 가열하는 추출선히터(35);
    상기 추출선(30)과 연결되고, 상기 시료가스로부터 수분을 제거하는 수분전처리장치(100); 및
    상기 수분전처리장치(100)에서 수분이 제거된 시료가스를 이용하여 암모니아의 농도를 측정하는 암모니아 모니터링장치(200);를 포함하고,
    (i) 상기 수분전처리장치(100)는,
    (i-1) 둘레에 펠티어(130)가 설치되고, 내부로 상기 시료가스가 유동하는 수직관(120);
    (i-2) 상기 수직관(120) 하부에 설치되는 물탱크(150); 및
    (i-3) 상기 수직관(120)의 하부에서 분지되는 분지관(160);을 포함하고,
    (ii) 상기 암모니아 모니터링장치(200)는,
    (ii-1) 상기 시료가스가 유입되는 NDIR 유입관(215);
    (ii-2) 상기 NDIR 유입관(215)과 연결된 가스챔버(220);
    (ii-3) 상기 가스챔버(220)와 연결된 NDIR 유출관(370); 및
    (ii-4) 상기 가스챔버(220) 내에 설치된 NDIR 검출수단;을 포함하며,
    (iii) 상기 분지관(160)와 상기 NDIR 유입관(215)을 연결하는 연결관(180);을 더 포함하고,
    상기 추출선(30), 상기 수직관(120), 상기 분지관(160), 상기 연결관(180), 상기 NDIR 유입관(215) 및 상기 NDIR 유출관(370)은 스테인레스스틸로 제작되며 내면에 실코스틸로 코팅되고, 그리고
    상기 가스챔버(220)는 스테인레스스틸 또는 테프론이나 실코스틸로 코팅된 알루미늄으로 제작되는 것을 특징으로 하는 굴뚝 배기가스로부터 암모니아의 연속 측정장치.
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