KR102418632B1 - 오염물질센서용 전처리장치 및 오염물질센서용 전처리방법 - Google Patents

오염물질센서용 전처리장치 및 오염물질센서용 전처리방법 Download PDF

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Abstract

센서의 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 시료가스를 센서로 정확하게 측정 가능하게 전처리하는 오염물질센서용 가스 전처리장치 및 가스 전처리방법이 제공된다. 가스 전처리장치는, 시료유입부, 및 시료유입부로부터 시료가스를 공급받고 건조공기와 혼합하여 센서의 측정범위 내로 오염물질 농도를 낮춘 가측정 희석공기를 생성하는 가스희석부를 포함하되, 가스희석부는, 적어도 2개의 연속된 희석터널, 및 희석터널 각각으로, 건조공기의 온도, 및 건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비를 조절하여 적어도 2가지의 상이한 조건으로 건조공기를 나누어 주입하는 적어도 2개의 공기주입부를 포함하여, 어느 하나의 희석터널에서 중간희석물을 생성하되, 제1이슬점을 갖는 중간희석물의 온도는 상기 제1이슬점보다 높게 생성되고, 후속하는 다른 하나의 희석터널에서 중간희석물을 재희석하여 가측정 희석공기를 생성하되, 제2이슬점을 갖는 가측정 희석공기의 온도는 상기 제2이슬점보다 높게 생성된다.

Description

오염물질센서용 전처리장치 및 오염물질센서용 전처리방법{Pretreatment apparatus for pollutant sensor and Pretreatment method for pollutant sensor}
본 발명은 오염물질센서용 전처리장치 및 오염물질센서용 전처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 센서 측정범위를 넘어서는 고농도 오염물질을 함유한 가스를 센서로 정확하게 측정 가능하게 전처리하는 오염물질센서용 가스 전처리장치 및 오염물질센서용 가스 전처리방법에 관한 것이다.
오염물질은 다양한 발생경로를 가지고 있다. 대기오염물질의 경우 지표상의 지속적인 오염물질 배출대상을 오염원으로 분류하여 관리한다. 오염원은 예를 들어, 면 오염원, 선 오염원, 점 오염원 또는 이동 오염원 및 고정오염원 등으로 분류될 수 있다.
이러한 오염원에는 연돌 등을 통해 고농도의 연소가스를 배출하는 공장 등의 시설물도 포함된다. 특히 연료를 대량 소모하며 연소가스를 생성하는 공장, 화력발전소 등의 시설물은 한 지역에 고정된 고정오염원임에도 불구하고 대기 질 하락에 큰 영향을 미친다.
따라서 이러한 시설물의 오염물질 배출량은 보다 정확하게 측정될 필요가 있지만, 배출가스에 함유된 오염물질 농도가 너무 높은 경우에는 측정장비의 측정범위를 넘어서는 문제가 발생하기도 한다.
예를 들어 오염물질 측정 시 다양한 방식의 센서(예, 대한민국특허 10-1734355 등)들이 사용되지만 센서를 탑재한 장비의 경우 측정범위가 넓지 않아 측정에 제한이 생기는 문제가 생겨났다.
또한, 이러한 문제에 대한 대안으로 가스를 희석하여 오염물질의 존재여부, 또는 희석량을 고려한 역산 등으로 농도를 추정하는 방식 등도 고안되었으나, 가스 희석 중에 발생하는 응축수와 함께 오염물질이 유실되는 문제가 발생하여, 실질적인 효과를 기대하기는 어려웠다. 이러한 문제들은, 고농도 배출가스에 함유된 오염물질 측정을 현저히 저해하므로 보다 효과적인 기술적 대안이 절실하게 요구된다.
대한민국등록특허공보 제10-1734355호, (2017. 05. 15), 명세서
본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제들을 해소하기 위한 것으로서, 센서 측정범위를 넘어서는 고농도 오염물질을 함유한 가스를 센서로 정확하게 측정 가능하게 전처리하는 오염물질센서용 가스 전처리장치를 제공하는 것이다.
또한, 센서 측정범위를 넘어서는 고농도 오염물질을 함유한 가스를 센서로 정확하게 측정 가능하게 전처리하는 오염물질센서용 가스 전처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한될 필요는 없으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 오염물질센서용 가스 전처리장치는, 센서의 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 시료가스를 유입하는 시료유입부; 및 상기 시료유입부에 연결되어 상기 시료가스를 공급받고 건조공기(dried air)와 혼합하여 상기 센서의 측정범위 내로 상기 오염물질 농도를 낮춘 가측정 희석공기를 생성하는 가스희석부를 포함하되, 상기 가스희석부는, 적어도 2개의 연속된 희석터널; 및 상기 희석터널 각각으로, 상기 건조공기의 온도, 및 상기 건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비를 조절하여 적어도 2가지의 상이한 조건으로 상기 건조공기를 나누어 주입하는 적어도 2개의 공기주입부를 포함하여, 어느 하나의 상기 희석터널에서 중간희석물을 생성하되, 제1이슬점을 갖는 상기 중간희석물의 온도는 상기 제1이슬점보다 높게 생성되고, 후속하는 다른 하나의 상기 희석터널에서 상기 중간희석물을 재희석하여 상기 가측정 희석공기를 생성하되, 제2이슬점을 갖는 상기 가측정 희석공기의 온도는 상기 제2이슬점보다 높게 생성된다.
상기 중간희석물은 상기 시료가스와, 제1조건으로 온도 및 상기 시료가스에 대한 유량의 비가 조절된 제1건조공기가 혼합되어 형성되고, 상기 가측정 희석공기는 상기 중간희석물과, 제2조건으로 온도 및 상기 시료가스에 대한 유량의 비가 조절된 제2건조공기가 혼합되어 형성되되, 상기 제2건조공기의 온도가 상기 제1건조공기의 온도보다 낮을 수 있다.
상기 제1건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비(제1건조공기유량/시료가스유량)는, 상기 제2건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비(제2건조공기유량/시료가스유량)보다 클 수 있다.
상기 가스희석부는, 입구가 상기 시료유입부에 연결된 제1희석터널, 상기 제1희석터널의 입구 측으로 연결된 제1주입관과, 상기 제1주입관에 배치된 제1제습모듈, 상기 제1주입관의 개도를 조절하는 제1제어밸브, 및 상기 제1주입관의 일 측에 배치된 제1히터를 포함하는 제1공기주입부, 입구가 상기 제1희석터널의 출구와 연결된 제2희석터널, 및 상기 제2희석터널의 입구 측으로 연결된 제2주입관과, 상기 제2주입관에 배치된 제2제습모듈, 상기 제2주입관의 개도를 조절하는 제2제어밸브, 및 상기 제2주입관의 일 측에 배치된 제2히터를 포함하는 제2공기주입부를 포함할 수 있다.
상기 제1공기주입부 및 상기 제2공기주입부는, 상기 제1주입관 및 상기 제2주입관의 배출측에 각각 배치된 제1질량유량제어기 및 제2질량유량제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 제1제습모듈 및 상기 제2제습모듈은, 흡습제로 이루어진 흡습층 외측에, 흡착물질로 이루어진 흡착층 및 필터층이 배치된 다층구조로 형성될 수 있다.
상기 오염물질센서용 가스 전처리장치는, 상기 제1희석터널의 출구와 상기 제2희석터널의 입구 사이에 연결되고, 일 측에 개폐 가능한 제1유량조절관이 분지되어 있는 연결관을 더 포함할 수 있다.
상기 오염물질센서용 가스 전처리장치는, 상기 제2희석터널의 출구에 연결되고, 일 측에 개폐 가능한 제2유량조절관이 분지되어 있는 가측정 희석공기배출관을 더 포함할 수 있다.
상기 오염물질센서용 가스 전처리장치는, 상기 가측정 희석공기배출관에 배치되는 제3질량유량제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 오염물질센서용 가스 전처리방법은, 센서 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 시료가스를 건조공기(dried air)와 혼합하여, 상기 센서의 측정범위 내로 상기 오염물질 농도를 낮춘 가측정 희석공기를 생성하는 오염물질센서용 가스 전처리방법에 있어서, (a) 상기 시료가스와, 상기 건조공기의 온도, 및 상기 건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비가 제1조건으로 조절된 제1건조공기를 혼합하여, 제1이슬점을 갖는 중간희석물의 온도를 상기 제1이슬점보다 높게 생성하는 단계; 및 (b) 상기 중간희석물과, 상기 건조공기의 온도, 및 상기 건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비가 제2조건으로 조절된 제2건조공기를 혼합하여, 제2이슬점을 갖는 상기 가측정 희석공기의 온도를 상기 제2이슬점보다 높게 생성하는 단계를 포함한다.
상기 제2건조공기의 온도가 상기 제1건조공기의 온도보다 낮고, 상기 제1건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비(제1건조공기유량/시료가스유량)는, 상기 제2건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비(제2건조공기유량/시료가스유량)보다 클 수 있다.
본 발명에 의하면, 고농도의 배출가스등을 시료로 하여 이를 희석하는 방법을 통해 보다 정확하게 오염물질 농도를 측정할 수 있다. 희석을 통해 센서 측정범위 내로 가스 농도를 조절하면서도, 응축수 발생은 차단하여 의도치 않은 오염물질 유실 등은 막을 수 있다. 따라서 상대적으로 측정범위가 좁은 저가센서 등이 탑재된 측정장비로도 정확한 측정결과를 얻을 수 있다. 이로 인해 본 발명은 다양한 센서들의 활용가능성을 크게 높일 뿐만 아니라, 센서의 측정범위를 실질적으로 확장시키는 효과를 발휘하여 오염물질 저감에 이바지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질센서용 가스 전처리장치의 구성도이다.
도 2는 중간희석물의 생성과정을 도시한 도 1의 가스 전처리장치의 작동도이다.
도 3 및 도 4는 가측정 희석공기의 생성과정을 도시한 도 1의 가스 전처리장치의 작동도이다.
도 5는 본 발명의 전처리 공정과 다른 처리공정의 차이를 비교 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시에에 의한 오염물질센서용 가스 전처리방법을 도시한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 명세서에서 '오염물질센서용 가스 전처리 장치' 내지 '오염물질센서용 가스 전처리방법'은 '오염물질센서용 전처리 장치' 내지 '오염물질센서용 전처리방법'으로도 약칭될 수 있다. 또한, 오염물질은 환경(예, 대기)를 오염시키는 물질인 한, 액체, 기체, 고체 상태와 같이, 그 상태로 한정되지 않는다. 즉, 오염물질은 입자상 오염물질, 가스상 오염물질 등을 모두 포함하는 의미이다. 다만, 이와 같은 오염물질은 바람직하게는 공기와 같은 가스 중에 존재할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질센서용 가스 전처리장치 및 오염물질센서용 가스 전처리방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저 도 1 내지 도 5를 참조하여 가스 전처리장치에 대해 상세히 설명한 후, 이를 바탕으로 도 6을 참조하여 가스 전처리방법에 대해서도 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질센서용 가스 전처리장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 오염물질센서용 가스 전처리장치(1)는 적어도 2개의 가스 희석터널[제1희석터널(21) 및 제2희석터널(22)]을 포함한다. 각각의 가스 희석터널에서는 서로 이슬점이 다른 희석물이 단계적으로 생성된다.
최종 희석물을 한번에 생성하지 않고, 이슬점이 다른 중간희석물을 거쳐 단계적으로 희석물을 생성함으로써, 최종 희석물과 중간희석물을 포함하는 모든 희석물들의 온도가 이슬점보다 높은 온도로 유지된다. 이를 통해 본 발명은 실질적인 응축수의 생성을 차단한다.
또한 적절한 온도 및 희석비를 갖는 중간희석물의 생성으로, 전체 희석과정에서 소모되는 에너지량도 현저히 낮출 수 있기 때문에 본 발명은 에너지-효율적인 특징도 갖는다.
이러한 본 발명의 오염물질센서용 가스 전처리장치(1)는 다음과 같이 구성된다. 오염물질센서용 가스 전처리장치(1)는, 센서의 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 시료가스를 유입하는 시료유입부(10), 및 시료유입부(10)에 연결되어 시료가스를 공급받고 건조공기(dried air)와 혼합하여 상기 센서의 측정범위 내로 오염물질 농도를 낮춘 가측정 희석공기를 생성하는 가스희석부(21, 22, 31, 32)를 포함하되, 가스희석부(21, 22, 31, 32)는, 적어도 2개의 연속된 희석터널[제1희석터널(21)과 제2희석터널(22)], 및 상기 희석터널 각각으로, 건조공기의 온도, 및 건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비를 조절하여 적어도 2가지의 상이한 조건으로 건조공기를 나누어 주입하는 적어도 2개의 공기주입부[제1공기주입부(31)와 제2공기주입부(32)]를 포함하여, 어느 하나의 희석터널에서 중간희석물을 생성하되, 제1이슬점을 갖는 상기 중간희석물의 온도는 상기 제1이슬점보다 높게 생성되고, 후속하는 다른 하나의 희석터널에서 중간희석물을 재희석하여 가측정 희석공기를 생성하되, 제2이슬점을 갖는 상기 가측정 희석공기의 온도는 상기 제2이슬점보다 높게 생성된다. 시료가스는 건조공기보다 온도가 높은 고온일 수 있다. 즉, 시료가스는 고온의 시료가스일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 가스희석부(21, 22, 31, 32)는, 입구(21a)가 시료유입부(10)에 연결된 제1희석터널(21), 제1희석터널(21)의 입구(21a) 측으로 연결된 제1주입관(311)과, 제1주입관(311)에 배치된 제1제습모듈(312), 제1주입관(311)의 개도를 조절하는 제1제어밸브(313), 및 제1주입관(311)의 일 측에 배치된 제1히터(314)를 포함하는 제1공기주입부(31), 입구(22a)가 제1희석터널(21)의 출구(21b)와 연결된 제2희석터널(22), 및 제2희석터널(22)의 입구(22a) 측으로 연결된 제2주입관(321)과, 제2주입관(321)에 배치된 제2제습모듈(322), 제2주입관(321)의 개도를 조절하는 제2제어밸브(323), 및 제2주입관(321)의 일 측에 배치된 제2히터(324)를 포함하는 제2공기주입부(32)를 포함할 수 있다.
즉 본 실시예에서는 가스희석부(21, 22, 31, 32)가 2개의 희석터널과 2개의 공기주입부를 포함하는 형태로 설명된다. 그러나 본 발명이 그와 같이 한정될 필요는 없으며, 다른 실시예에서 가스희석부(21, 22, 31, 32)는 더 증가된 수(각 3개 이상의)의 희석터널과 공기주입부를 포함할 수도 있다. 본 실시예는 예시적인 것일 뿐 한정적인 의미는 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 통해 오염물질센서용 가스 전처리장치(1)의 구성 및 작용효과 등을 좀더 상세히 설명한다. 장치에 대한 설명은 도 1의 구성도를 참조하여 진행한다.
도 1을 참조하면, 시료유입부(10)는 장치 외부의 측정대상을 장치 내부로 유입하는 구조로 형성된다. 시료유입부(10)는 예를 들어, 가스배관(F)등에 연결되어 측정대상을 유입할 수 있다. 시료가스는, 가스배관(F)을 통해 흐르는, 센서의 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 가스(측정대상) 중 일부를 시료유입부(10)로 유입한 것일 수 있다. 따라서 시료가스 역시 센서의 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 가스일 수 있다. 시료가스는 실질적으로 장치 외부의 측정대상과 동일한 농도와 성분을 갖는다.
시료유입부(10)는, 시료가스의 유입경로를 제공하는 유입관(110), 및 유입관(110) 일 측에 배치된 제3히터(120)를 포함할 수 있다. 히터의 구성이 필수적이지는 않지만 필요에 따라 배치 가능하다. 예를 들어, 제3히터(120)는 발열선 및/또는 작동유체를 이용한 열교환기 등의 형태로 구성되어 유입관(110)을 가열하고 유입관(110)을 통과하는 시료가스의 온도를 외부 측정대상과 동일한 온도로 유지시킬 수 있다.
가스희석부(21, 22, 31, 32)는, 유입된 시료가스를 공급받고 건조공기(dried air)와 혼합하여 센서의 측정범위 내로 오염물질 농도를 낮춘 가측정 희석공기를 생성한다. 불필요한 복잡함을 피하기 위해, 가스희석부(21, 22, 31, 32)는 별도 기호를 붙이지 않고, 세부구성[제1희석터널(21), 제2희석터널(22), 제1공기주입부(31), 및 제2공기주입부(32)]의 기호 전체를 병기하여 표시한다.
가스희석부(21, 22, 31, 32)는 제1희석터널(21), 제2희석터널(22), 제1공기주입부(31), 및 제2공기주입부(32)를 포함한다. 2개의 희석터널을 포함하는 가스희석부(21, 22, 31, 32)로 제1이슬점을 갖는 중간희석물을 먼저 생성한 후 이를 재희석하여 제2이슬점을 갖는 가측정 희석공기를 생성할 수 있다. 전술한 것처럼 중간희석물은 자신의 이슬점인 제1이슬점보다 높은 온도로 생성되며, 가측정 희석공기 역시 자신의 이슬점인 제2이슬점보다 높은 온도로 생성된다. 가스 희석과정은 후술하여 상세히 설명하고 우선, 가스희석부(21, 22, 31, 32)의 구성을 보다 상세히 설명한다.
제1희석터널(21)과 제2희석터널(22)은 각각 입구(21a, 22a)와 출구(21b, 22b)를 갖는 공동(cavity)으로 형성된다. 각각의 공동 내에서 시료가스와 제1건조공기, 또는 중간희석물과 제2건조공기의 혼합이 진행된다. 제1희석터널(21)과 제2희석터널(22)은 형상이나 크기에 특별한 제한은 없으므로, 서로 동일하거나 또는 다른 형상, 또는 서로 동일하거나 또는 다른 크기로 형성되어도 무방하다.
제1희석터널(21)은 입구(21a)가 시료유입부(10)에 연결되고, 제2희석터널(22)은 입구(22a)가 제1희석터널(21)의 출구(21b)와 연결된다. 따라서 시료유입부(10), 제1희석터널(21), 제2희석터널(22)이 연속적으로 연결된다. 가스희석부(21, 22, 31, 32)는 이러한 연속된 연결구조를 통해 시료가스를 주입하고, 중간희석물, 및 가측정 희석공기를 차례로 생성한다.
바람직하게는, 제1희석터널(21)의 입구(21a)는 시료유입부(10)의 유입관(110)과 연결될 수 있으며 제2희석터널(22)의 입구(22a)는 연결관(40)을 통해 제1희석터널(21)의 출구(21b)와 연결될 수 있다. 이에 따라 오염물질센서용 가스 전처리장치(1)는, 제1희석터널(21)의 출구(21b)와 제2희석터널(22)의 입구(22a) 사이에 연결되고, 일 측에 개폐 가능한 제1유량조절관(410)이 분지되어 있는 연결관(40)을 더 포함할 수 있다.
연결관(40)은 제1희석터널(21)로부터 제2희석터널(22)로 중간희석물을 유동시키는 데 사용될 수 있다. 연결관(40)의 일 측으로 분지된 제1유량조절관(410)은 중간희석물의 공급량을 조절하는 데 사용될 수 있다. 제1유량조절관(410)은 밸브(410a)에 의해 개폐될 수 있고 배출되는 유량은 유량계(610)로 측정할 수 있다. 후술하는 바와 같이 유량계(610)는 유량 측정이 필요한 다른 부분에도 추가로 배치될 수 있다.
제1희석터널(21)과 제2희석터널(22)은 각각 제1공기주입부(31) 및 제2공기주입부(32)를 통해 서로 상이한 조건으로 조절된 건조공기를 나누어 주입받는다. 제1희석터널(21)에서는, 시료가스와, 제1조건으로 조절된 제1건조공기가 혼합되어 중간희석물이 생성되고, 제2희석터널(22)에서는, 중간희석물과, 제2조건으로 조절된 제2건조공기가 혼합되어 가측정 희석공기가 생성된다. 즉 먼저 생성된 중간희석물을 재희석하여, 가측정 희석공기를 생성한다.
즉, 중간희석물은 시료가스와, 제1조건으로 온도 및 시료가스에 대한 유량의 비가 조절된 제1건조공기가 혼합되어 형성되고, 가측정 희석공기는 중간희석물과, 제2조건으로 온도 및 시료가스에 대한 유량의 비가 조절된 제2건조공기가 혼합되어 형성된다. 이때 제2건조공기의 온도는, 제1건조공기의 온도보다 낮을 수 있다.
본 명세서의 건조공기는 습기가 제거되어 건조된 상태의 공기일 수 있으며 반드시 습기가 없는 이상적인 상태의 건조공기만을 의미하는 것은 아니다. 충분히 습기가 제거된 저습도 건조공기로도 본 발명의 목적(희석 중 응축수 생성의 차단)달성이 가능하다. 본 발명의 건조공기(dried air)는 예를 들면, 단위부피당 수증기량이 대략 1g/m3인 공기일 수 있다.
건조공기의 조건은, 건조공기의 온도, 및 건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비 2가지를 변수로 하여 조절된다. 제1공기주입부(31) 및 제2공기주입부(32)는 각각 온도 및 시료가스에 대한 유량의 비를 상이하게 조절하여 각각 제1조건을 갖는 제1건조공기와, 제2조건을 갖는 제2건조공기를 생성한다.
바람직하게는, 제2건조공기의 온도가 제1건조공기의 온도보다 낮고, 제1건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비(제1건조공기유량/시료가스유량)는, 제2건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비(제2건조공기유량/시료가스유량)보다 클 수 있다. 이에 대한 구체적인 예시는 후술하는 동작설명 시 하도록 한다.
제1공기주입부(31) 및 제2공기주입부(32)는 건조공기의 온도 및 건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비 모두를 조절할 수 있는 구조로 형성된다. 각 공기주입부는 건조공기를 직접 생성하는 구조를 갖추고 있을 수도 있다.
제1공기주입부(31)는 제1주입관(311), 제1주입관(311)에 배치된 제1제습모듈(312), 제1주입관(311)의 개도를 조절하는 제1제어밸브(313), 및 제1주입관(311)의 일 측에 배치된 제1히터(314)를 포함한다. 제1주입관(311)을 따라 이동되는 공기는 제1제습모듈(312)에 의해 습기가 제거되어 건조되고, 제1히터(314)에 의해 온도가 조절된다.
제1주입관(311)은 도시된 바와 같이 제1희석터널(21)의 입구(21a) 쪽으로 연결된다. 제1희석터널(21)의 입구(21a)는 시료유입부(10)의 유입관(110)과도 연결되므로 제1희석터널(21)의 입구(21a)측으로 시료가스와, 제1공기주입부(31)에서 생성된 제1건조공기가 함께 공급된다. 이에 따라 제1희석터널(21) 내부에서 시료가스와 제1건조공기가 혼합된 중간희석물이 생성된다.
제2공기주입부(32)는 제2주입관(321), 제2주입관(321)에 배치된 제2제습모듈(322), 제2주입관(321)의 개도를 조절하는 제2제어밸브(323), 및 제2주입관(321)의 일 측에 배치된 제2히터(324)를 포함한다. 제2주입관(321)을 따라 이동되는 공기는 제2제습모듈(322)에 의해 습기가 제거되어 건조되고, 제2히터(324)에 의해 온도가 조절된다.
제2주입관(321)은 도시된 바와 같이 제2희석터널(22)의 입구(22a) 쪽으로 연결된다. 제2희석터널(22)의 입구(22a)는 연결관(40)과도 연결되므로 제2희석터널(22)의 입구(22a)측으로, 연결관(40)을 통해 제공된 중간희석물과, 제2공기주입부(32)에서 생성된 제2건조공기가 함께 공급된다. 이에 따라 제2희석터널(22) 내부에서 중간희석물과 제2건조공기가 혼합된 가측정 희석공기가 생성된다.
제1공기주입부(31)와 제2공기주입부(32)는 각각 결합위치가 다를 뿐 구조는 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1제습모듈(312) 및 제2제습모듈(322)은 흡습제로 이루어진 흡습층(312a, 322a)외측에, 흡착물질로 이루어진 흡착층(312b, 322b), 및 필터층(312c, 322c)이 배치된 다층구조로 형성될 수 있다. 이때 흡습제는 흡습이 가능한 물질로서, 예를 들면 실리카 겔 등을 포함하는 것일 수 있고, 흡착물질은 불순물을 흡착방식으로 제거하는 것으로 예를 들면 활성탄 등을 포함하는 것일 수 있다. 필터층(312c, 322c)은 예를 들면, 헤파(HEPA)필터 등으로 형성될 수 있다.
제1히터(314)와 제2히터(324)는 각각 제1제습모듈(312) 및 제2제습모듈(322)의 후단에 위치한다. 따라서 각각의 제습모듈에서 제습되어 건조된 공기의 온도를 각각의 히터로 조정할 수 있다. 제1히터(314) 및 제2히터(324)는 발열선을 포함하는 형태 및/또는 작동유체를 이용한 열교환기의 형태 등으로 다양하게 형성될 수 있다. 건조공기의 온도를 보다 신속하게 바꾸어 주기 위해서는 발열선 등의 가열구조를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
건조공기의 유량은 제1주입관(311) 및 제2주입관(321) 각각의 개도를 조절하는 제1제어밸브(313) 및 제2제어밸브(323)를 이용하여 변경할 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며 제1공기주입부(31) 및 제2공기주입부(32)는 제1주입관(311) 및 제2주입관(321)의 배출측에 각각 배치된 제1질량유량제어기(315) 및 제2질량유량제어기(325)를 더 포함할 수도 있다. 각 질량유량제어기(Mass flow controller)는 일종의 자동 제어되는 밸브와 같이 기능하여 건조공기의 최종 유량을 보다 정밀하게 조정할 수 있다. 각 질량유량제어기의 위치는 제1히터(314) 및 제2히터(324)의 후단일 수 있다.
이러한 형태로, 제1희석터널(21), 제2희석터널(22), 제1공기주입부(31), 및 제2공기주입부(32)를 포함하는 가스희석부(21, 22, 31, 32)를 구성할 수 있다. 전술한 시료유입부(10)와, 연결관(40)의 연결구조까지 고려할 때, 유량의 정확한 측정이 필요한 위치, 온도와 습도 등 유체에 대한 센싱이 필요한 위치, 유체를 유동시키기 위한 압력구배를 만들어 주기 적절한 위치들에는 추가적으로 각각 유량계(610), 센서모듈(620), 펌프 등을 배치할 수 있다.
예를 들어, 제1건조공기가 배출되는 제1주입관(311)의 배출측 및 제2건조공기가 배출되는 제2주입관(321)의 배출측에 각각 유량계(610)를 배치할 수 있다. 또한 온도 및 습도의 센싱이 가능한 센서모듈(620)도 유량계(610)와 함께 배치할 수 있다. 또한, 시료가스가 유입되는 유입관(110) 상에도 유량계(610) 및 온도 및 습도의 센싱이 가능한 센서모듈(620)을 배치할 수 있으며, 유입관(110)에는 시료가스 유량의 보다 정확한 측정을 위해 질량유량측정기(630)(Mass flow meter)를 함께 설치할 수 있다.
중간희석물의 이동경로인 연결관(40) 상에도 유량계(610)와, 온도 및 습도의 센싱이 가능한 센서모듈(620)을 배치할 수 있다. 또한 보다 정확한 유량 측정을 위해 질량유량측정기(630)도 함께 배치할 수 있다. 연결관(40) 일 측으로 분지된 제1유량조절관(410)에도 전술한 것처럼 유량계(610)를 배치할 수 있다.
펌프(316, 326)는 제1주입관(311)의 유입측과, 제2주입관(321)의 유입측에 각각 공기 흡입을 위해 설치할 수 있다. 즉, 제1공기주입부(31) 및 제2공기주입부(32)는 각각 펌프(316, 326)를 더 포함하는 것으로도 이해할 수 있다. 이와 별도로 제1유량조절관(410) 상에는 유량조절 시 사용하기 위한 펌프(410b)를 따로 배치할 수 있다.
제1희석터널(21)과 제2희석터널(22) 내부에는 내부 희석물의 온도를 측정하기 위한 센서모듈(620)이 배치된다. 센서모듈(620)은 온도측정으로 한정될 필요 없이 온도와 습도 등을 모두 측정 가능하게 형성될 수도 있다. 각 희석터널 내부에 적용되는 온도센서는 센서형태로 한정되는 의미는 아니며 센서형태가 아닌 온도계 등도 포함하는 의미이다. 각 위치의 센서모듈(620)역시 온도센서, 습도센서 등 필요한 센서들이 조합되어 형성된 것일 수 있고 이들도 온도 및 습도 측정이 가능한 기기들을 모두 포함하는 의미로 이해하는 것이 바람직하다.
제2희석터널(22)의 출구(22b)에는 최종 생성된 가측정 희석공기를 배출하는 가측정 희석공기배출관(50)이 형성된다. 가측정 희석공기배출관(50)은 제2희석터널(22)의 출구(22b)에 연결되고, 일 측에는 개폐 가능한 제2유량조절관(510)이 분지되어 형성된다.
가측정 희석공기배출관(50)은 제2유량조절관(510)을 통해 최종적으로 센서 측으로 공급되는 가측정 희석공기의 유량을 조절할 수 있다. 제2유량조절관(510)은 밸브(510a)에 의해 개폐되며 제2유량조절관(510)에도 유량조절 시 사용하기 위한 펌프(510b)가 배치될 수 있다. 배출되는 유량의 측정을 위해 제2유량조절관(510)상에도 유량계(610)를 배치할 수 있다.
가측정 희석공기배출관(50)의 배출측에는 최종 배출되는 가측정희석공기의 유량을 보다 정밀하게 조정하기 위해 제3질량유량제어기(520)를 배치할 수 있다. 또한, 유량계(610)와 온도 및 습도의 측정이 가능한 센서모듈(620)도 함께 배치하여 가측정 희석공기의 상태 전반에 대한 모니터링이 가능하게 구성할 수 있다.
장치 전체를 흐르는 유체의 유량은 유량제어모듈(60)에 의해 통합된 방식으로 제어될 수도 있다. 유량제어모듈(60)은, 일종의 프로그램된 컴퓨터 장치일 수 있으며, 제어 프로그램을 로딩하여 제어할 수 있다. 제어프로그램의 유량제어와 관련된 변수들은 사용자가 직접 변경하는 것도 가능하다.
유량제어모듈(60)은 예를 들면, 제1주입관(311)과 제2주입관(321) 각각에 형성된 제1제어밸브(313), 제2제어밸브(323), 제1질량유량제어기(315), 및 제2질량유량제어기(325), 그리고 가측정 희석공기배출관(50)에 형성된 제3질량유량제어기(520), 그리고 제1유량조절관(410)과 제2유량조절관(510)에 형성된 밸브(410a, 510a) 등을 원격으로 제어할 수 있게 형성될 수 있다. 또한, 전술한 각 위치의 유량계(610), 및 질량유량측정기(630)로부터 측정된 측정결과는 유선 및/또는 무선 데이터통신을 통해 지속적으로 전달받도록 형성될 수도 있다. 이러한 유량제어모듈(60)을 이용하면 장치 전체의 동작을 자동으로 수행하는 것도 가능하다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 장치의 구체적인 동작과 이를 통해 시료가스로부터 가측정 희석공기를 생성하는 과정을 보다 상세히 설명한다.
도 2는 중간희석물의 생성과정을 도시한 도 1의 가스 전처리장치의 작동도이고, 도 3 및 도 4는 가측정 희석공기의 생성과정을 도시한 도 1의 가스 전처리장치의 작동도이며, 도 5는 본 발명의 전처리 공정과 다른 처리공정의 차이를 비교 도시한 그래프이다.
본 발명의 가스 전처리장치는, 상술한 구성을 통해서, 외부 측정대상으로부터 장치 내부로 유입한 시료가스를 이슬점이 서로 다른 중간희석물 및 가측정 희석공기로 단계적으로 희석한다. 희석과정에서 중간희석물 및 가측정 희석공기는 모두 각각의 이슬점보다 높게 생성된다.
먼저, 오염물질센서용 가스 전처리장치(1)는 도 2와 같이 시료가스(A)를 유입한다. 전술한 것처럼, 시료가스(A)는, 가스배관(F)을 통해 흐르는, 센서의 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 가스(측정대상) 중 일부를 유입한 것이므로, 실질적으로 장치 외부의 측정대상과 동일한 농도와 성분을 갖는다. 시료가스(A)는 시료유입부(10)의 유입관(110)으로 유입된 후 제3히터(120)에 의해 온도가 유지될 수 있다. 가스배관(F) 내 측정대상의 온도가 120℃인 경우를 예시하면, 제3히터(120)를 이용하여 시료가스(A)의 온도 역시 120℃로 유지시킬 수 있다.
유입된 시료가스(A)는 제1공기주입부(31)에서 생성된 제1건조공기(B)와 함께 제1희석터널(21)로 공급된다. 제1건조공기(B)는 제1공기주입부(31)에서 제1조건으로 조절된 것이며, 제1조건은, 제2건조공기의 온도보다는 높은 온도, 제2건조공기의 시료가스(A)에 대한 유량의 비보다는 유량의 비가 더 큰 조건일 수 있다.
즉, 제1건조공기의 온도는 제2건조공기의 온도보다 높고(따라서 제2건조공기의 온도는 제1건조공기의 온도보다 낮고), 제1건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비(제1건조공기유량/시료가스유량)는, 제2건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비(제2건조공기유량/시료가스유량)보다 큰 조건으로 각각의 건조공기를 제어하여 주입할 수 있다.
예시와 같이, 시료가스(A)가 120℃인 경우, 제1건조공기(B)는 40℃ 및 시료가스에 대한 유량비 9(즉 9배유량)로 조절되어 주입될 수 있다. 이와 같이 주입된 제1건조공기(B)와 시료가스(A)가 제1희석터널(21) 내부에서 혼합됨으로써 도 2에 도시된 바와 같이 중간희석물(C)이 생성된다.
생성된 중간희석물(C)은 제1이슬점을 갖되, 온도가 제1이슬점보다 높게 생성된다. 따라서 응축수 생성은 차단된다. 즉 온도 및 유량조건이 함께 조절된 제1건조공기(B)로 시료가스(A)를 희석함으로써 응축수 생성을 억제하면서 적절한 비율로 희석할 수 있다. 예시된 조건[시료가스 120℃일 때, 제1건조공기 40℃ 및 시료가스에 대한 유량비 9(즉 9배유량)인 조건]에서 중간희석물(C)은 제1이슬점 25℃이고, 48℃의 온도를 갖는 희석물로 생성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 이와 같이 생성된 중간희석물(C)은 연결관(40)을 통해 다시 제2희석터널(22)로 공급된다. 즉 제1이슬점을 갖는 중간희석물(C)을 제1이슬점보다 높은 온도로 생성한 후, 제2희석터널(22)에서 재희석할 수 있다. 필요에 따라 연결관(40)으로부터 중간희석물(C) 일부를 제1유량조절관(410)으로 분기시켜 제2희석터널(22)에 도달되는 중간희석물(C)의 유량을 조절하는 것도 가능하다.
도 4를 참조하면, 중간희석물(C)은 제2공기주입부(32)에서 생성된 제2건조공기(D)와 함께 제2희석터널(22)로 재유입된다. 제2건조공기(D)는 제2공기주입부(32)에서 제2조건으로 조절된 것이며, 제2조건은, 제1건조공기의 온도보다는 낮은 온도, 제1건조공기의 시료가스(A)에 대한 유량의 비보다는 유량의 비가 더 작은 조건일 수 있다.
즉, 제2건조공기의 온도는 제1건조공기의 온도보다 낮고, 제1건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비(제1건조공기유량/시료가스유량)는 제2건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비(제2건조공기유량/시료가스유량)보다는 큰 조건으로 제어된다. 이와 같이 제2건조공기와 제1건조공기의 온도 및 유량비 조건을 달리하여 제2이슬점을 갖되 제2이슬점보다 높은 온도의 가측정 희석공기를 생성할 수 있다.
앞서의 예시와 같이, 시료가스(A)가 120℃인 경우, 제2건조공기(D)는 10℃ 및 시료가스에 대한 유량비 3(즉 3배유량)으로 조절되어 주입될 수 있다. 이와 같이 주입된 제2건조공기(D)와 중간희석물(C)이 제2희석터널(22) 내부에서 혼합됨으로써 도 4에 도시된 바와 같은 가측정 희석공기(E)가 생성된다.
재희석되어 생성된 가측정 희석공기(E)는 중간희석물(C)의 제1이슬점과 다른 제2이슬점을 갖되, 온도가 제2이슬점보다 높게 생성된다. 따라서 응축수 생성은 역시 차단된다. 즉 온도 및 유량조건이 함께 조절된 제2건조공기(D)로 중간희석물(C)을 재희석함으로써 응축수 생성을 억제하면서 센서 측정이 가능한 농도로 조절된 가측정 희석공기(E)를 생성할 수 있다.
예시된 조건[시료가스 120℃일 때, 제2건조공기 10℃ 및 시료가스에 대한 유량비 3(즉 3배유량)인 조건]에서 중간희석물(C)[제1이슬점 25℃이고, 48℃의 온도를 갖는 희석물]을 재희석하여 얻은 가측정 희석공기(E)는 제2이슬점이 21℃이고, 39℃의 온도를 갖는 희석물로 생성될 수 있다.
이러한 가측정 희석공기(E)의 생성과정은 도 5의 그래프를 통해 좀더 직관적으로 이해 가능하다. 도 5의 d는 포화수증기량 곡선이며, 경로a는 시료가스(A)로부터 중간희석물(C)을 거쳐 가측정 희석공기(E)를 생성하는 본 발명의 희석방식을 그래프상에 표시한 것이다. 경로b와 경로c는 다른 방법으로 희석한 경우를 예시한 것이다.
경로a, b, c가 시작되는 시작점은 모두 최초의 시료가스(A) 상태를 표시한다. 본 실시예의 예시처럼 시료가스(A)는 120℃의 온도(수증기량 대략 223g/m3)일 수 있고 전술한 본 발명의 제1조건 건조공기(제1건조공기)로 희석하였을 때 중간희석물(C)은 제1이슬점 25℃(수증기량 대략 23g/m3), 48℃의 온도로 생성되며, 이를 제2조건 건조공기(제2건조공기)로 재희석하여 얻은 가측정 희석공기는 제2이슬점이 21℃(수증기량 대략 18g/m3)이고, 39℃의 온도로 생성될 수 있다.
즉, 도시된 것처럼 포화수증기량 곡선의 응축영역으로 들어가지 않으면서 센서 측정이 가능한 정도로 시료가스를 희석할 수 있다. 시료가스(A)의 유량, 제1건조공기의 유량비, 및 제2건조공기의 유량비는 모두 알려져 있으므로 최종 희석비는 예를 들어, 각 단계의 유량계산을 통해 각 단계의 희석비를 산출하고 이들을 곱하는 방식으로 얻을 수 있다.
이에 반해, b경로와 같이 단번에 온도와 유량을 크게 조정하고자 하는 경우에는, 이슬점의 제어가 곤란하여 응축영역을 통과하면서 응축수를 생성하는 문제가 발생하게 된다. 종전에 제안된 기술들 중 대부분이 이러한 문제를 가지고 있다.
한편, c경로와 같이 단계를 나누어 희석을 하더라도 온도와 유량을 본 발명처럼 적절히 조절하지 못하면, 희석에 과도한 에너지가 소모된다. 즉, 예시와 같이 시료가스(A)의 온도와 동일한 120℃로 유지하면서 희석물을 생성하려면 그보다 더 높은 온도의 건조공기가 필요할 수 밖에 없고 그로 인해 과도한 열량이 소모된다. 이러한 열량은 온도를 낮추는 동안 폐기되며, 온도를 낮추기 위해 추가적인 건조공기의 주입이 필요한 경우라면, 건조공기의 양도 불필요하게 많아진다. 따라서 응축수 생성을 피하기 위해 매우 비효율적인 공정을 진행해야 하는 또 다른 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 건조공기의 온도 및 유량을 서로 다르게 조정하여 적어도 2단계의 희석물을 생성하는 방식으로, 이러한 문제들을 모두 해소할 수 있다. 중간희석물(C) 및 가측정 희석공기(E) 각각의 이슬점을 변동시키면서, 온도는 그보다 높은 온도로 각각을 생성한다. 따라서 과도한 에너지를 소모하지도 않고, 응축수 생성도 피하면서, 센서 측정이 가능한 농도로 시료가스(A)를 희석할 수 있다.
본 실시예에서는 제1이슬점을 갖되 제1이슬점보다 높은 온도로 생성되는 중간희석물(C) 및 제2이슬점을 갖되 제2이슬점보다 높은 온도로 생성되는 가측정 희석공기(E)의 2단계 희석을 예시하여 설명하였지만, 전술한 것처럼 다른 실시예에서는 중간희석물을 둘 이상 생성하면서 희석경로를 변화시켜 희석과정을 더욱 효율적으로 제어하는 것도 얼마든지 가능하다. 이러한 방식으로 센서 측정이 가능한 가측정 희석공기(E)를 응축수 생성을 억제하면서 만들어 낼 수 있다.
다시, 도 4를 참조하면, 생성된 가측정 희석공기(E)는 가측정 희석공기배출관(50)을 통해 센서(sensor)로 제공된다. 이 때 센서로 제공되는 유량을 적절히 조절하기 위해 제2유량조절관(510)으로 일부를 분기시키는 것도 가능하다. 센서는 가측정 희석공기(E) 내에서 오염물질의 유무를 감지하거나, 오염물질의 농도를 측정한 후 전술한 바와 같이 제공되는 희석비를 통해 역산하여 본래 측정대상에 함유된 오염물질 농도를 산출할 수 있다. 이러한 방식으로 센서의 측정범위를 넘어서는 고농도의 오염물질이 함유된 가스에 대한 오염물질 측정도 상기 센서로 보다 정확하게 진행할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명에 의한 오염물질센서용 가스 전처리방법에 대해 상세히 설명한다.
이하 설명에서 앞서 설명한 구성 등에 대한 설명은 반복하지 않는다. 본 발명에 의한 오염물질센서용 가스 전처리방법은, 전술한 오염물질센서용 가스 전처리장치로 수행할 수 있으므로, 앞서 설명한 장치의 작동과정에 준하여 본 발명의 가스 전처리방법을 이해할 수 있다. 설명이 명확하고 간결하도록, 도 6의 순서도를 기준으로, 도 2 내지 도 4의 작동도를 필요에 따라 참조하면서 본 발명의 오염물질센서용 가스 전처리방법의 일 실시예를 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시에에 의한 오염물질센서용 가스 전처리방법을 도시한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 오염물질센서용 가스 전처리방법은, 센서 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 시료가스를 건조공기(dried air)와 혼합하여, 센서의 측정범위 내로 오염물질 농도를 낮춘 가측정 희석공기를 생성하는 오염물질센서용 가스 전처리방법에 있어서,
시료가스와 건조공기의 온도, 및 건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비가 제1조건으로 조절된 제1건조공기를 혼합하여, 제1이슬점을 갖는 중간희석물의 온도를 상기 제1이슬점보다 높게 생성하는 단계[S200-단계(a)], 및
중간희석물과 건조공기의 온도, 및 건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비가 제2조건으로 조절된 제2건조공기를 혼합하여, 제2이슬점을 갖는 가측정 희석공기의 온도를 제2이슬점보다 높게 생성하는 단계[S300-단계(b)]를 포함한다.
단계(a)는 전술한 제1희석터널에서 중간희석물을 생성하는 과정에 준하여 이해될 수 있으며, 단계(b)는 전술한 제2희석터널에서 중간희석물을 재희석하여 가측정 희석공기를 생성하는 과정에 준하여 이해될 수 있다. 이하, 본 실시예에 의한 오염물질센서용 가스 전처리방법을 전술한 작동도를 함께 참조하여 설명한다.
먼저, 희석 전에 시료가스를 유입하는 단계(S100)를 진행할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 시료유입부(10)로 시료가스(A)를 유입하고, 온도를 조절할 수 있다. 전술한 것처럼, 시료가스(A)는 가스배관(F)등을 통해 흐르는, 센서의 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 가스(측정대상) 중 일부를 시료유입부(10)로 유입한 것이므로, 시료가스 역시 센서의 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 가스일 수 있고, 측정대상과 동일한 농도와 성분을 가질 수 있다.
이후, 시료가스와 제1건조공기를 혼합하여, 제1이슬점을 갖는 중간희석물의 온도를 상기 제1이슬점보다 높게 생성한다(S200). 도 2에 도시된 바와 같이 시료가스(A)와 제1건조공기(B)를 제1희석터널(21)에서 혼합할 수 있고 이를 통해 자신의 이슬점보다 높은 온도로 중간희석물(C)을 생성할 수 있다. 제1건조공기(B)의 조건, 시료가스(A)의 조건, 생성된 중간희석물(C)의 상태는 모두 전술한 바와 같다.
이후, 생성된 중간희석물과 제2건조공기를 혼합하여, 제2이슬점을 갖는 가측정 희석공기의 온도를 상기 제2이슬점보다 높게 생성한다(S300). 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 연결관(40) 등으로 중간희석물(C)을 제2희석터널(22)로 제공하여 제2희석터널(22)에서 제2건조공기(D)와 중간희석물(C)을 혼합하고, 역시 자신의 이슬점보다 높은 온도로 가측정 희석공기(E)를 생성할 수 있다.
이와 같이 희석 및 재희석이 이루어지는 동안 각 희석물(중간희석물 및 가측정 희석공기)들은 이슬점이 변동하는 동시에 온도도 변동하되, 온도는 이슬점보다 모두 높게 형성되므로 응축수 생성이 차단된다. 이를 통해 응축수로 인한 오염물질의 유실 등을 발생시키지 않으면서 시료가스(A)를 원하는 농도로 희석할 수 있다.
이와 같이 응축수 생성을 억제하는 단계적 희석은, 제1건조공기와 제2건조공기의 조건의 차이에 의해 달성된다. 즉 전술한 것처럼 제2건조공기의 온도가 상기 제1건조공기의 온도보다 낮고, 제1건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비(제1건조공기유량/시료가스유량)는, 제2건조공기의 시료가스에 대한 유량의 비(제2건조공기유량/시료가스유량)보다 큰 조건으로 희석과 재희석이 이루어짐으로써 응축수 생성을 차단할 수 있다.
최종 희석된 가측정 희석공기는 이후 센서로 배출된다(S400). 즉, 도 4와 같이 전처리를 통해 희석된 가측정 희석공기(E)를 센서 측으로 제공하여 센서를 통해 오염물질 유무, 농도 등을 측정할 수 있다. 전술한 것처럼, 시료가스(A)의 유량, 제1건조공기의 유량비, 및 제2건조공기의 유량비가 모두 알려져 있으므로 그로부터 최종 희석비를 산출하고 센서 측정값을 최종 희석비로 역산하면 본래 측정대상의 오염물질 농도도 산출할 수 있다.
본 발명은 이와 같이 시료가스, 제1건조공기, 제2건조공기의 유량비를 각 단계에서 조건으로 제공받을 수 있기 때문에, 센서 측정값을 역산하여 본래 농도로 환산할 수 있는 환산비율의 제공도 가능하다. 이러한 방식으로 센서의 측정범위를 넘어서는 고농도의 오염물질이 함유된 가스에 대한 오염물질 측정도 상기 센서로 보다 정확하게 진행할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 오염물질센서용 가스 전처리장치
10: 시료유입부 21: 제1희석터널
21a, 22a: 입구 21b, 22b: 출구
22: 제2희석터널 31: 제1공기주입부
32: 제2공기주입부 40: 연결관
50: 가측정 희석공기배출관 60: 유량제어모듈
110: 유입관 120: 제3히터
311: 제1주입관 312: 제1제습모듈
312a, 322a: 흡습층 312b, 322b: 흡착층
312c, 322c: 필터층 313: 제1제어밸브
314: 제1히터 315: 제1질량유량제어기
316, 326: 펌프 321: 제2주입관
322: 제2제습모듈 323: 제2제어밸브
324: 제2히터 325: 제2질량유량제어기
410: 제1유량조절관 410a, 510a: 밸브
410b, 510b: 펌프 510: 제2유량조절관
520: 제3질량유량제어기 610: 유량계
620: 센서모듈 630: 질량유량측정기
A: 시료가스 B: 제1건조공기
C: 중간희석물 D: 제2건조공기
E: 가측정 희석공기 F: 가스배관

Claims (11)

  1. 센서의 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 시료가스를 유입하는 시료유입부; 및
    상기 시료유입부에 연결되어 상기 시료가스를 공급받고 건조공기(dried air)와 혼합하여 상기 센서의 측정범위 내로 상기 오염물질 농도를 낮춘 가측정 희석공기를 생성하는 가스희석부를 포함하되,
    상기 가스희석부는, 적어도 2개의 연속된 희석터널; 및
    상기 희석터널 각각으로, 상기 건조공기의 온도, 및 상기 건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비를 조절하여 적어도 2가지의 상이한 조건으로 상기 건조공기를 나누어 주입하는 적어도 2개의 공기주입부를 포함하여,
    어느 하나의 상기 희석터널에서 중간희석물을 생성하되, 제1이슬점을 갖는 상기 중간희석물의 온도는 상기 제1이슬점보다 높게 생성되고,
    후속하는 다른 하나의 상기 희석터널에서 상기 중간희석물을 재희석하여 상기 가측정 희석공기를 생성하되, 제2이슬점을 갖는 상기 가측정 희석공기의 온도는 상기 제2이슬점보다 높게 생성되며,
    상기 가스희석부는,
    입구가 상기 시료유입부에 연결된 제1희석터널,
    상기 제1희석터널의 입구 측으로 연결된 제1주입관과, 상기 제1주입관에 배치된 제1제습모듈, 상기 제1주입관의 개도를 조절하는 제1제어밸브, 및 상기 제1주입관의 일 측에 배치된 제1히터를 포함하는 제1공기주입부,
    입구가 상기 제1희석터널의 출구와 연결된 제2희석터널, 및
    상기 제2희석터널의 입구 측으로 연결된 제2주입관과, 상기 제2주입관에 배치된 제2제습모듈, 상기 제2주입관의 개도를 조절하는 제2제어밸브, 및 상기 제2주입관의 일 측에 배치된 제2히터를 포함하는 제2공기주입부를 포함하는 오염물질센서용 가스 전처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간희석물은 상기 시료가스와, 제1조건으로 온도 및 상기 시료가스에 대한 유량의 비가 조절된 제1건조공기가 혼합되어 형성되고,
    상기 가측정 희석공기는 상기 중간희석물과, 제2조건으로 온도 및 상기 시료가스에 대한 유량의 비가 조절된 제2건조공기가 혼합되어 형성되되,
    상기 제2건조공기의 온도가 상기 제1건조공기의 온도보다 낮은 오염물질센서용 가스 전처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비(제1건조공기유량/시료가스유량)는, 상기 제2건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비(제2건조공기유량/시료가스유량)보다 큰 오염물질센서용 가스 전처리장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1공기주입부 및 상기 제2공기주입부는, 상기 제1주입관 및 상기 제2주입관의 배출측에 각각 배치된 제1질량유량제어기 및 제2질량유량제어기를 더 포함하는 오염물질센서용 가스 전처리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1제습모듈 및 상기 제2제습모듈은, 흡습제로 이루어진 흡습층 외측에, 흡착물질로 이루어진 흡착층 및 필터층이 배치된 다층구조로 형성되는 오염물질센서용 가스 전처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1희석터널의 출구와 상기 제2희석터널의 입구 사이에 연결되고, 일 측에 개폐 가능한 제1유량조절관이 분지되어 있는 연결관을 더 포함하는 오염물질센서용 가스 전처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2희석터널의 출구에 연결되고, 일 측에 개폐 가능한 제2유량조절관이 분지되어 있는 가측정 희석공기배출관을 더 포함하는 오염물질센서용 가스 전처리장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가측정 희석공기배출관에 배치되는 제3질량유량제어기를 더 포함하는 오염물질센서용 가스 전처리장치.
  10. 센서 측정범위를 넘는 고농도의 오염물질이 함유된 시료가스를 건조공기(dried air)와 혼합하여, 상기 센서의 측정범위 내로 상기 오염물질 농도를 낮춘 가측정 희석공기를 생성하는 오염물질센서용 가스 전처리방법에 있어서,
    (a) 상기 시료가스와, 상기 건조공기의 온도, 및 상기 건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비가 제1조건으로 조절된 제1건조공기를 혼합하여,
    제1이슬점을 갖는 중간희석물의 온도를 상기 제1이슬점보다 높게 생성하는 단계; 및
    (b) 상기 중간희석물과, 상기 건조공기의 온도, 및 상기 건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비가 제2조건으로 조절된 제2건조공기를 혼합하여,
    제2이슬점을 갖는 상기 가측정 희석공기의 온도를 상기 제2이슬점보다 높게 생성하는 단계를 포함하며,
    제1항, 및 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항의 오염물질센서용 가스 전처리장치로 수행하는 오염물질센서용 가스 전처리방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2건조공기의 온도가 상기 제1건조공기의 온도보다 낮고,
    상기 제1건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비(제1건조공기유량/시료가스유량)는, 상기 제2건조공기의 상기 시료가스에 대한 유량의 비(제2건조공기유량/시료가스유량)보다 큰 오염물질센서용 가스 전처리방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102632004B1 (ko) * 2023-07-28 2024-02-01 대한민국 화재 시 발생하는 미세 분진의 농도 측정 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH075084A (ja) * 1993-06-17 1995-01-10 Farm Tec:Kk 排気ガスの混合物質捕集装置及び混合物質捕集方法
KR20030076981A (ko) * 2000-11-22 2003-09-29 아베엘 리스트 게엠베하 내연기관에 조절된 연소가스를 조달하는 방법, 상기방법을 실행하기 위한 장치, 내연기관의 배기가스오염물질량을 측정하는 방법 및 상기 방법을 실행하기위한 장치
JP2010518411A (ja) * 2007-02-14 2010-05-27 アリストトル ユニバーシティ テッサロニキ−リサーチ コミッティー 排気ガスの試料採取用の希釈装置およびその方法
KR101734355B1 (ko) 2015-05-04 2017-05-15 한국기계연구원 가스센서 및 그 제조방법
KR20200056222A (ko) * 2018-11-14 2020-05-22 숭실대학교산학협력단 가스 측정 장치 및 그의 세척 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH075084A (ja) * 1993-06-17 1995-01-10 Farm Tec:Kk 排気ガスの混合物質捕集装置及び混合物質捕集方法
KR20030076981A (ko) * 2000-11-22 2003-09-29 아베엘 리스트 게엠베하 내연기관에 조절된 연소가스를 조달하는 방법, 상기방법을 실행하기 위한 장치, 내연기관의 배기가스오염물질량을 측정하는 방법 및 상기 방법을 실행하기위한 장치
JP2010518411A (ja) * 2007-02-14 2010-05-27 アリストトル ユニバーシティ テッサロニキ−リサーチ コミッティー 排気ガスの試料採取用の希釈装置およびその方法
KR101734355B1 (ko) 2015-05-04 2017-05-15 한국기계연구원 가스센서 및 그 제조방법
KR20200056222A (ko) * 2018-11-14 2020-05-22 숭실대학교산학협력단 가스 측정 장치 및 그의 세척 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102632004B1 (ko) * 2023-07-28 2024-02-01 대한민국 화재 시 발생하는 미세 분진의 농도 측정 시스템

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