KR102569612B1 - 배기가스 희석장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스 희석장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 희석장치는 유입되는 배기가스의 유속을 감속시켜 정체 공기를 형성하는 정체공기 형성부, 상기 정체공기 형성부 전단에 형성되어, 상기 정체공기 형성부로부터 정체 공기가 유입되어 배기가스가 유동하는 유로인 배기가스 흡인유로 및 유입되는 1차 희석공기를 분기시켜 상기 배기가스 흡인유로의 복수 지점에 공급시키는 유로인 희석공기 공급유로가 형성되고, 1차 희석공기의 공급에 따른 압력 차이로 상기 배기가스 흡인유로를 통해 배기가스를 유입시켜 전방으로 토출시키는 이젝터부 및 상기 이젝터부의 전단에 결합되며 배기가스와 1차 희석공기가 혼합되어 배출되는 1차 희석가스에 2차 희석공기를 공급하여 2차 희석가스를 생성하는 희석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배기가스 희석장치{APPARATUS FOR DILUTING EXHAUST GAS}
본 발명은 배기가스 희석장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 포함된 입자의 농도를 측정하기 위해 입자계수기의 측정범위에 맞게 고농도의 배기가스를 희석시켜 고농도의 배기가스에 대해서도 측정 정밀도를 높일 수 있는 배기가스 희석장치에 관한 것이다.
입자 희석장치는 샘플링한 입자의 농도가 입자계수기의 측정범위를 넘어서는 경우에, 입자계수기의 전단에 설치하여 샘플링한 입자를 일정한 희석비로 희석한 후에 입자계수기로 이송함으로써, 고농도의 샘플링 입자들까지도 측정할 수 있도록 하는 장치이다.
고온, 고수분, 고농도 환경의 굴뚝 내부 환경에서 측정의 정확도를 높이기 위해서는 액적 발생을 최소화하며 희석이 이루어져야 한다. 나아가, 희석 장치의 구조에 따른 입자 손실의 발생을 최대한 억제하여 측정의 정확도를 높이는 것이 필요하다.
또한, 굴뚝과 같은 산업 배출 시설에서 미세입자의 농도를 정확하게 측정하기 위해서는 등속 흡인 조건을 충족시키는 것이 매우 중요하다. 등속 흡인 조건을 만족하지 않게 된다면 샘플링을 더 많이 하게 되거나 더 적게 하게 되어 측정된 입자 농도가 왜곡되어 실제 굴뚝 내부의 입자 농도와 차이가 발생하기 때문이다.
나아가, 산업현장의 굴뚝 내 배기가스의 유속은 상황에 따라서 가변적으로 변한다. 입자계수기는 희석된 희석가스의 입자 농도를 측정하고, 이를 기초로 측정 대상 입자의 농도를 환산하게 되는데, 배기가스의 속도에 따라서 희석장치에 유입되는 배기가스의 유량이 가변적으로 변함에 따라서 희석비가 바뀌게 되면 입자 농도의 측정값에 오차가 발생할 수 있다.
종래에는 굴뚝 내부 유속 측정을 통해 수동으로 샘플링 노즐을 교체하거나 샘플링 노즐의 입구 단면적을 자동으로 조절하는 방식으로 등속 흡인 조건을 만족하고자 하였다. 그러나 수동 방식의 경우 유속조건이 바뀔 때 마다 노즐을 교체하기 위해 장치를 해체 하고 다시 조립해야 하기 때문에 유속 변화에 따른 즉각 대응이 어렵고 번거롭다는 단점이 있다. 유속 변화를 측정해 자동으로 입구 노즐의 크기를 변화하는 방식의 경우, 유속의 변화가 입구 노즐 크기를 변화시켜주는 장치의 구동부 반응 속도보다 빠를시 등속 흡인 오차가 발생하며 단면적을 조절하는 노브의 형상에 따라 입자의 손실 발생 가능성이 커지는 단점이 존재한다.
또한, 입자 농도의 정확한 측정을 위해서는 굴뚝 내부의 압력 변화에 상관없이 항상 일정한 유량이 흡인될 수 있어야 한다. 굴뚝 내부의 압력이 변화할 때 배기가스 희석장치 내부로 유입되는 배기가스의 양이 달라져 샘플링되는 유량이 변하게 되면, 희석비가 변화하게 되어 입자 농도의 측정 정밀도가 떨어지기 때문이다.
따라서, 고온 고습 고농도 조건의 굴뚝 내에서 정확한 입자 샘플링을 하기 위해서는 굴뚝 내부의 압력 및 유속 변화에 따라 일정한 희석비를 유지하면서 등속 흡인이 가능하여야 하며 수분의 응축이 일어나지 않는 등의 복합적인 조건을 만족하여야 한다.
대한민국 공개특허공보 제2013-0059592호(2013.06.07. 공개)
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 굴뚝 내부 압력과 유속이 변화하는 환경에 상관없이 일정한 유량을 등속으로 흡입 하는 조건을 만족함과 동시에 입자의 손실을 최소화함으로써 정확한 입자 농도 측정을 가능케 하는 배기가스 희석장치를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 유입되는 배기가스의 유속을 감속시켜 정체 공기를 형성하는 정체공기 형성부; 상기 정체공기 형성부 전단에 형성되어, 상기 정체공기 형성부로부터 정체 공기가 유입되어 배기가스가 유동하는 유로인 배기가스 흡인유로 및 유입되는 1차 희석공기를 분기시켜 상기 배기가스 흡인유로의 복수 지점에 공급시키는 유로인 희석공기 공급유로가 형성되고, 1차 희석공기의 공급에 따른 압력 차이로 상기 배기가스 흡인유로를 통해 배기가스를 유입시켜 전방으로 토출시키는 이젝터부; 및 상기 이젝터부의 전단에 결합되며 배기가스와 1차 희석공기가 혼합되어 배출되는 1차 희석가스에 2차 희석공기를 공급하여 2차 희석가스를 생성하는 희석부를 포함하는 배기가스 희석장치에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 정체공기 형성부는 상기 배기가스가 유입되는 유입홀이 형성되며 상기 배기가스가 유동하는 방향을 따라 반경이 점차적으로 커지는 디퓨져부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 정체공기 형성부는 상기 디퓨져부를 통해 감속된 배기가스가 체류하며 유동 방향을 따라 배기가스를 유출시키는 유출홀이 형성된 공기 체류부; 및 상기 공기 체류부에 직교하는 방향으로 연장 형성되어 상기 이젝터부를 향하여 배기가스를 토출하는 샘플링 유출부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 희석공기 공급유로는 외부로부터 상기 1차 희석공기가 유입되는 메인유로; 상기 메인유로로부터 분기하여 상기 배기가스 흡인유로의 후단부에 상기 1차 희석공기를 공급하는 제1분기유로; 및 상기 메인유로로부터 분기하여 상기 배기가스 흡인유로의 전단부에 상기 1차 희석공기를 공급하는 제2분기유로를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1분기유로의 단부는 상기 배기가스 흡인유로 후단부 주위를 둘러싸도록 형성되어 상기 배기가스 흡인유로의 후단부 전방을 향하여 상기 제 1차 희석공기를 토출시키고, 상기 제2분기유로의 단부는 상기 배기가스 흡인유로의 전단부 주위를 둘러싸도록 형성되어 상기 배기가스 흡인유로의 전단부 전방을 향하여 상기 제 1차 희석공기를 토출시킬 수 있다.
여기서, 상기 배기가스 흡인유로는 상기 이젝터부의 후단부에 형성되며 전방을 향하여 관경이 점차적으로 줄어드는 제1흡인부, 상기 제1흡인부의 전단에 형성되며 관경이 일정한 제1가속부, 상기 제1가속부의 전단에 형성되며 상기 제1분기유로를 통해 유입되는 1차 희석공기와 상기 배기가스가 혼합되어 1-1차 희석가스를 생성하며 관경이 점차적으로 줄어드는 제2흡인부, 및 상기 제2흡인부의 전단에 형성되며 관경이 일정한 제2가속부, 상기 제2가속부의 전단에 형성되며 상기 제2분기유로를 통해 유입되는 1차 희석공기와 상기 1-1차 희석가스가 혼합되어 1-2차 희석가스를 생성하고 관경이 점차적으로 커지는 확산부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 정체공기 형성부와 상기 이젝터부 사이에 형성되어 상기 배기가스를 예열하는 예열부를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 배기가스 희석장치에 따르면 후단부에 배기가스의 유속을 감속시켜 일정한 속도로 배기가스를 유입시키는 정체공기 형성부가 형성되어 배기가스의 유속이 가변적인 상황에서 등속 흡인이 가능하여 측정 정밀도를 높일 수가 있다.
또한, 2단의 이젝터를 사용함으로써 이젝터부의 입구 압력 변화에도 일정한 양의 배기가스를 흡입하여 희석비를 일정하게 유지시킬 수 있어 입자 측정의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 제1유로부에 형성되는 통공에 의해 제1유로부의 중심 방향으로 2차 희석공기가 유입되므로, 제1유로부의 내주면에 달라붙게 되는 배기가스의 입자 수가 감소될 수 있다.
또한, 통공을 통해 2차 희석공기가 제1유로부의 내측으로 유입될 때, 제1유로부의 내주면에 달라붙어 있는 배기가스 입자가 떨어져 나올 수 있다. 이에 따라, 배기가스가 2차 희석가스로 되는 과정에서 입자의 손실이 발생하는 것이 효과적으로 개선될 수 있다.
또한, 배기가스가 이젝터부에서 1차로 희석이 이루어지고, 희석부에서 2차로 희석이 이루어짐으로써, 희석율이 높아질 수 있다.
또한, 배기가스가 예열부에서 예열된 후 고온의 1차 희석공기와 혼합되어 고온희석되고, 이후, 상온의 2차 희석공기와 혼합되어 상온희석됨으로써, 배기가스 내의 수분이 액적화되는 것이 방지될 수 있으며, 이를 통해, 입자의 측정 정확도가 향상될 수 있다.
또한, 이젝터부 및 예열부 사이에 세척유체 공급부를 마련하고, 세척유체가 이젝터 방향 및 예열부 방향으로 동시에 공급되도록 하여 배기가스 희석장치의 내부를 효과적을 세척할 수 있다. 특히, 세척유체 공급부가 배기가스 희석장치에서 상대적으로 후단에 연결되도록 하여 공급되는 세척용 유체와 측정부 사이의 거리를 충분히 확보할 수 있으며, 이를 통해, 세척유체가 측정부로 유입되어 측정부의 교란이 발생될 수 있는 문제점이 예방될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 희석장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 희석장치의 단면도이다.
도 3은 도 2의 정체공기 형성부의 사시도이다.
도 4는 정체공기 형성부에 유입되는 배기가스의 속도에 따른 감속 결과를 실험한 결과를 도시한다.
도 5는 도 2의 이젝터부 및 어뎁터부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 희석장치에서 희석 온도에 따른 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 도 1의 세척유체 공급부를 나타낸 예시도이다.
도 8은 도 1의 측정부를 나타낸 구성도이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 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 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 배기가스 희석장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 희석장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 희석장치의 단면도이고, 도 3은 도 2의 정체공기 형성부의 사시도이고, 도 4는 정체공기 형성부에 유입되는 배기가스의 속도에 따른 감속 결과를 실험한 결과를 도시하고, 도 5는 도 2의 이젝터부 및 어뎁터부를 확대하여 도시하는 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 희석장치에서 희석 온도에 따른 효과를 설명하기 위한 그래프이고, 도 7은 도 1의 세척유체 공급부를 나타낸 예시도이고, 도 8은 도 1의 측정부를 나타낸 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 희석장치는 정체공기 형성부(900), 이젝터부(200) 및 희석부(400)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 세척유체 공급부(700), 예열부(600)를 더 포함할 수 있다.
이하의 설명에서는 설명의 편의상, 배기가스의 흐름 방향을 기준으로 전단/전단부/전방, 후단/후단부/후방으로 설명한다. 즉, 배기가스가 제1지점에서 제2지점으로 이동되는 경우, 제1지점을 후단/후단부/후방으로, 제2지점을 전단/전단부/전방으로 하여 설명한다.
정체공기 형성부(900)는 이젝터부(200)의 후단부, 보다 정확하게는 예열부(600)의 후단부에 형성될 수 있다.
정체공기 형성부(900)는 수십 내지 수백 m/s의 다양한 유속으로 유입되는 배기가스(1)를 수 m/s 이하의 속도로 감속시켜 정체 공기를 형성한다. 배기가스 희석장치에 유입되는 배기가스(1)의 속도는 일정하지 않고 바뀔 수가 있다. 특히, 산업현장의 굴뚝 내 배기가스의 유속은 상황에 따라서 가변적으로 변할 수가 있다. 배기가스 희석장치에 유입되는 배기가스(1)의 속도에 따라 샘플링되는 유량이 달라질 수가 있는데, 희석비를 일정하게 유지하기 위해 투입되는 희석공기의 양을 다르게 제어하는 것을 고려할 수 있으나 해당 속도에 대응하는 희석공기의 양을 즉각적으로 공급하는 것은 쉽지 않다. 특히, 본 발명에서와 같이 다단의 방법으로 1차 희석공기(2)와 2차 희석공기(3)로 나뉘어 희석공기가 공급되는 경우 희석비를 일정하게 유지하도록 공급되는 희석공기의 양을 제어하는 것이 더욱 쉽지 않을 수 있다.
이에, 본 발명에서는 투입되는 희석공기의 양을 일정하게 유지하고, 배기가스 희석장치에 공급되는 배기가스의 속도(유량)도 일정하게 유지하도록 하여 희석비를 일정하게 유지할 수 있도록 한다.
정체공기 형성부(900)는 유입되는 공기의 속도가 바뀌더라도 그 속도를 급격하게 감속시켜 정체 공기를 형성하여 정체공기 형성부(900)에 유입되는 공기의 속도에 상관없이 일정량의 공기가 이젝터부(200)에 공급될 수 있도록 한다.
도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 정체공기 형성부(900)는 디퓨져부(910), 공기 체류부(920) 및 샘플링 유출부(940)를 포함하여 구성될 수 있다.
디퓨져부(910)는 배기가스가 유입되는 유입홀(915)이 형성되며, 유입홀(915)로부터 배기가스가 유동하는 방향을 따라 유로의 반경이 점차적으로 커지게 형성될 수 있다. 따라서, 유입홀(915)을 통해 유입된 배기가스는 압력의 감소와 함께 유속이 현저하게 감소하게 되는데, 디퓨져부(910)의 길이 또는 유로의 기울기에 따라서 디퓨져부(910)를 통한 감속의 크기를 다르게 제어할 수 있다.
공기 체류부(920)는 디퓨져부(910)의 전단에 형성되어 디퓨져부(910)에 의해 감속된 배기가스가 체류하는 공간이다. 공기 체류부(920)의 전단면에는 유출공(925)이 형성되어 공기 체류부(920) 내부에서 감속되어 체류하는 배기가스가 유동 방향을 따라 유출될 수 있다. 공기 체류부(920)의 상단부에는 직교하는 방향으로 연장 형성되는 샘플링 유출부(940)가 형성될 수 있다.
샘플링 유출부(940)는 공기 체류부(920)의 일측에서 수직으로 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이 디퓨져부(910)에 의해 감속되어 공기 체류부(920)에 정체하는 공기는 유출공(925)을 통해 유출되는데, 공기 체류부(920)에 체류하는 배기가스의 일부는 공기 체류부(920)에 수직으로 연장 형성되는 샘플링 유출부(940)를 통해 일정한 속도로 토출될 수가 있다.
따라서, 본 발명에서는 정체공기 형성부(900)에 의해 유입되는 배기가스의 속도와 상관 없이 일정한 양의 배기가스를 배기가스 희석장치 내부에 공급시킬 수가 있어서, 다양한 유속 조건에서 일정한 희석비를 유지하며 입자를 샘플링할 수가 있다.
도 4에서는 본 발명에 따른 정체공기 형성부(900)에 유입홀(915)을 통해 서로 다른 속도의 유체를 공급시킬 때 샘플링 유출부(940)를 통해 토출되는 유체의 속도를 실험한 결과를 보여주는데, 유입홀(915)을 통해 유입되는 유체의 속도와 상관없이 유체의 속도가 감속되어 샘플링 유출부(940)를 통해 일정한 속도로 유체가 토출됨을 확인할 수가 있다.
본 발명에서 배기가스는 측정 대상의 한 예일 수 있으며, 측정 대상이 반드시 배기가스에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 측정 대상이 굴뚝의 연기인 경우, 굴뚝에는 연기의 일부가 흡수되는 유로가 마련될 수 있으며, 상기 유로를 통해 이동되는 연기는 정체공기 형성부(900)로 공급될 수 있다.
이젝터부(200)는 정체공기 형성부(900)의 샘플링 유출부(940)를 통해 배기가스를 공급받아 전단의 희석부(400)로 공급한다.
이젝터부(200)는 배기가스가 흡인되어 유동하는 유로인 배기가스 흡인유로(230)가 중심축 방향으로 관통 형성될 수 있다. 또한, 배기가스의 등속흡인을 유도하기 위한 1차 희석공기(2)가 상기 배기가스 흡인유로(230) 상에 공급되도록 하는 희석공기 공급유로(210, 211, 216)가 형성될 수 있다.
도 5에 도시되어 있는 것과 같이 배기가스 흡인유로(230)는 후방에서 전방으로 공간부(231), 제1흡인부(232), 제1가속부(233), 제2흡인부(234), 제2가속부(235), 및 확산부(236)로 구분 형성될 수 있다.
공간부(231)는 관경이 일정하게 형성되며 배기가스가 유입되는 초입부분으로서, 후단에는 공간부(231)를 밀폐하는 커버(미도시)가 구비될 수 있으며, 배기가스는 상기 커버를 통해 공간부(231) 내부로 유입될 수 있다.
제1흡인부(232)는 공간부(231)의 전단에 형성될 수 있으며, 전방으로 갈수록 내경이 작아지도록 형성될 수 있다.
제1가속부(233)는 제1흡인부(232)의 전단에 형성되어 제1흡인부(232)와 연결되며, 동일한 내경으로 형성될 수 있다. 후술하는 제1분기유로의 단부(212)가 제1가속부(233)를 둘러싸도록 형성되어, 제1가속부(233) 전단의 제2흡인부(234)를 향하여 전방으로 1차 희석공기를 토출시킬 수 있다. 1차 희석공기(2)는 작은 단면적의 제1분기유로의 단부(212)를 통과하면서 유속이 빨라지게 되는데, 1차 희석공기(2)가 제2흡인부(234)로 토출되면 제1가속부(233) 토출구의 압력이 낮아지게 된다. 그러면, 제2흡인부(234)와 공간부(231) 사이에 압력 차이가 발생하게 되고, 공간부(231)의 배기가스는 제1흡인부(232) 및 제1가속부(233)를 통과하여 제2흡인부(234)로 흡인될 수 있다. 따라서, 제2흡인부(234)에서는 제1분기유로(211)를 통해 분기된 1차 희석공기(2)와 배기가스(1)가 혼합되어 1-1차 희석가스를 생성하게 된다.
제2흡인부(234)는 제1가속부(233)의 전단에 형성되며, 전방으로 갈수록 내경이 작아지도록 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2흡인부(234)의 후단에서는 제1분기유로(211)를 통해 1차 희석공기(2)가 유입될 수 있으며 유입되는 1차 희석공기(2)에 의한 압력차로 공간부(231)의 배기가스가 제2흡인부(234)로 흡인되어 1차 희석공기와 혼합될 수 있다.
제2가속부(235)는 제2흡인부(234)의 전단에 형성되어 제2흡인부(234)와 연결되며, 동일한 내경으로 형성될 수 있다. 후술하는 제2분기유로의 단부(217)가 제2가속부(235)를 둘러싸도록 형성되어, 제2가속부(235) 전단의 확산부(236)를 향하여 전방으로 분기된 1차 희석공기를 토출시킬 수 있다. 1차 희석공기(2)는 작은 단면적의 제2분기유로의 단부(217)를 통과하면서 유속이 빨라지게 되는데, 1차 희석공기(2)가 제2가속부(235) 전방으로 토출되면 압력이 낮아지게 된다. 그러면, 제2가속부(235)의 전방과 제2흡인부(234) 사이에 압력 차이가 발생하게 되고, 제2흡인부(234)의 1-1차 희석가스는 제2가속부(235)를 통과하여 제2가속부(235) 전방의 확산부(236)로 이동하게 된다. 따라서, 확산부(236)에서는 1-1차 희석가스와 분기되어 공급되는 1차 희석공기(2)가 혼합되어 1-2차 희석가스를 생성하게 된다.
전술한 바와 같이 이젝터부(200)에는 희석공기 공급유로(210, 211, 216)가 형성될 수 있다. 희석공기 공급유로(210, 211, 216)는 대체로 반경 방향으로 관통 형성되며 배기가스 흡인유로(230) 상에 1차 희석공기(2)를 분기하여 공급한다
희석공기 공급유로(210, 211, 216)에는 외부로부터 1차 희석공기(2)의 유입을 안내하는 제1관(221)이 결합될 수 있다.
본 발명에서 희석공기 공급유로는 메인유로(210), 제1분기유로(211) 및 제2분기유로(216)를 포함하여 구성될 수 있다. 메인유로(210)는 제1관(221)이 결합하여 외부로부터 1차 희석공기(2)를 유입시킨다.
제1분기유로(211)와 제2분기유로(216)는 메인유로(210)로부터 분기하여 배기가스 흡인유로(230)에 1차 희석공기(2)를 공급한다. 분기된 제1분기유로의 단부(212)는 제1가속부(233)를 둘러싸도록 형성되어 제1가속부(233) 전단의 제2흡인부(234)를 향하여 분기된 1차 희석공기(2)를 분출시키도록 한다. 또한, 분기된 제2분기유로의 단부(217)는 제2가속부(235)를 둘러싸도록 형성되어 제2가속부(235) 전단의 확산부(236)를 향하여 분기된 1차 희석공기(2)를 분출시키도록 한다.
이와 같이 본 발명에서는 이젝터부(200) 내에서 2단으로 분기되어 1차 희석공기(2)가 배기가스 흡인유로(230) 상으로 토출되며 이젝터부(200) 후방에 위치하는 배기가스를 흡인시킬 수가 있다.
본 실시예에서는 2단으로 분기된 형태를 예를 들어 설명을 하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 다단으로 분기되어 형성될 수 있다.
이때, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 이젝터부(200) 후단의 Qs 부분의 압력이 증가하면 메인유로(210)를 통하여 일정 유량이 유입되는 QE.total에 대하여 분기하는 QE.1의 유량이 감소하게 되고 상대적으로 QE.2의 유량은 증가하게 된다.
반대로, 이젝터부(200) 후단의 Qs 부분의 압력이 감소하게 되면 메인유로(210)를 통하여 일정 유량이 유입되는 QE.total에 대하여 분기하는 QE.1의 유량이 증가하게 되고 상대적으로 QE.2의 유량은 감소하게 된다.
이와 같이, 이젝터부(200) 후단의 배기가스 압력이 달라지더라도 분기되는 제1분기유로(211)와 제2분기유로(216)를 통해 배기가스 유입유로(230) 상에 유입되는 1차 희석공기(2)의 유량이 각각 달라지게 되어(1차 희석공기(2)의 총량을 같음), 흡인되는 Qs의 유량은 일정하게 유지될 수가 있다. 따라서, 본 발명에서는 이젝터부(200) 후단의 배기가스 압력이 달라지더라도 흡인되는 Qs의 양이 일정하기 때문에 희석비를 일정하게 유지시킬 수가 있다.
1차 희석공기(2)는 고온의 공기일 수 있으며, 150℃ 내지 250℃의 온도로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 희석장치는 제1어댑터부(500) 및 제2어댑터부(550)를 더 포함할 수 있다.
제1어댑터부(500)는 이젝터부(200)의 전단에 결합될 수 있다.
도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 제1어댑터부(500)에는 연장확산부(501)가 축방향으로 관통 형성될 수 있다. 연장확산부(501)는 전방 방향으로 갈수록 내경이 커지도록 형성될 수 있으며, 이젝터부(200)의 확산부(236)와 연속되도록 형성될 수 있다.
제1어댑터부(500)는 전단부 외주면 둘레를 따라 제2단차홈(502)이 형성될 수 있다.
제2어댑터부(550)는 제1어댑터부(500)의 전단에 결합될 수 있다.
제2어댑터부(550)는 축방향으로 관통 형성되는 유로홀(551)이 형성될 수 있으며, 유로홀(551)은 제1어댑터부(500)의 연장확산부(501)와 연결될 수 있다.
희석공기 공급유로(210, 211, 216)를 통해 이젝터부(200)에 유입되는 1차 희석공기(2)와 배기가스 흡인유로(230)를 통해 흡인되는 배기가스(1)는 혼합되어 1차 희석가스를 생성하게 되고, 생성된 1차 희석가스는 연장확산부(501) 및 유로홀(551)을 통해 이동될 수 있다.
제2어댑터부(550)는 전단부 외주면 둘레를 따라 제3단차홈(552)이 형성될 수 있다.
희석부(400)는 제1어댑터부(500) 및 제2어댑터부(550)를 통해 1차 희석가스가 유입되는 제1유로부(410)와, 공급되는 2차 희석공기(3)를 1차 희석가스와 혼합되도록 제1유로부(410)로 안내하는 제2유로부(420)로 구성될 수 있다. 희석부(400)에서는 1차 희석가스와 2차 희석공기(3)가 혼합되어 2차 희석가스가 생성될 수 있다.
구체적으로, 희석부(400)는 제1어댑터부(500) 및 제2어댑터부(550)의 전단에 결합될 수 있다. 제1유로부(410)는 후단부가 제2어댑터부(550)의 제3단차홈(552)에 결합될 수 있다. 제1유로부(410)는 제2어댑터부(550)의 유로홀(551)에 연속되도록 형성될 수 있으며, 확산부(236)에서 혼합되어 생성되는 1차 희석가스는 제1유로부(410)로 이동될 수 있다.
제1유로부(410)에는 복수의 통공(411)이 관통 형성될 수 있다.
제2유로부(420)는 제1유로부(410)의 외측에서 제1유로부(410)를 일정거리 이격하며 둘러싸도록 형성될 수 있다. 제2유로부(420)의 후단부는 제1어댑터부(500)의 제2단차홈(502)에 결합될 수 있다.
제2유로부(420)의 외주면 전단부에는 2차 희석공기(3)가 유입되는 제2유입구(440)가 형성될 수 있다. 제2유입구(440)에는 외부로부터 2차 희석공기(3)를 안내하는 제2관(441)이 연결될 수 있다.
그리고, 희석부(400)는 가이드벽(430)이 형성될 수 있다. 가이드벽(430)은 제1유로부(410) 및 제2유로부(420)의 사이에 구비될 수 있다. 또한, 가이드벽(430)은 후단부가 제1어댑터부(500)의 전단부와 이격될 수 있다. 이를 통해, 제1유로부(410) 및 제2유로부(420)의 사이 공간은 대부분이 가이드벽(430)에 의해 구획될 수 있으며, 제2유입구(440)을 통해 유입되는 2차 희석공기(3)의 흐름 길이가 길어질 수 있다. 즉, 제2유입구(440)를 통해 유입되는 2차 희석공기(3)는 제2유로부(420) 및 가이드벽(430)의 사이의 공간에서 후방 방향으로 이동되고, 가이드벽(430) 및 제1어댑터부(500)의 사이의 공간을 통해 제1유로부(410) 및 가이드벽(430)의 사이의 공간으로 이동될 수 있다. 그리고, 2차 희석공기(3)는 제1유로부(410)에 형성된 통공(411)을 통해 제1유로부(410)의 내측으로 이동하여 1차 희석가스와 혼합되어 2차 희석가스를 생성하게 된다.
제1유로부(410)에는 복수의 통공(411)이 전체적으로 형성되기 때문에, 제1유로부(410)의 외주면 면적이 줄어들게 된다. 따라서, 1차 희석가스의 배기가스 입자 중에 제1유로부(410)의 내주면에 달라붙게 되는 입자의 수가 감소될 수 있어 배기가스 입자 손실이 줄어들 수 있다.
나아가, 통공(411)을 통해 제1유로부(410)의 중심방향으로 2차 희석공기(3)가 유입될 때, 제 1 유로부(410)의 내주면을 향하는 입자의 유동을 방해하며 제1유로부(410)의 내주면에 달라붙어 있는 배기가스 입자가 떨어져 나오게 할 수 있다. 이에 따라, 제1유로부(410)에서 이동되는 배기가스 중의 입자의 대부분이 2차 희석공기(3)와 혼합될 수 있으며, 배기가스가 2차 희석가스로 되는 과정에서 입자의 손실이 발생하는 것도 효과적으로 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 희석장치는 확산튜브부(570), 마개부(580) 및 배출관(590)을 포함할 수 있다.
확산튜브부(570)는 희석부(400)의 전단에 결합될 수 있다.
확산튜브부(570)는 후단부에 원주 방향을 따라 결합홈(572)이 형성되어 가이드벽(430)의 전단부가 삽입되어 결합될 수 있다. 그리고, 확산튜브부(570)의 후단부는 제2유로부(420)의 내측에 삽입되어 결합될 수 있다.
확산튜브부(570)는 축 방향으로 관통 형성되는 추가확산부(571)가 형성될 수 있다. 추가확산부(571)는 전방 방향으로 갈수록 내경이 커지도록 형성될 수 있으며, 희석부(400)에서 생성되는 2차 희석가스는 추가확산부(571)로 이동될 수 있다.
마개부(580)는 확산튜브부(570)의 전단부에 결합되어 확산튜브부(570)의 전단부를 밀폐시킬 수 있다.
배출관(590)은 마개부(580)에 복수 개로 결합될 수 있다. 마개부(580)에는 배출관(590)이 결합되도록 연결홀(581)이 관통 형성될 수 있으며, 추가확산부(571)의 2차 희석가스는 연결홀(581)을 통해 배출관(590)으로 이동될 수 있다. 배출관(590) 중 적어도 어느 하나에는 입자계수기(미도시)가 연결될 수 있으며, 2차 희석가스는 배출관(590)을 통해 입자계수기로 이동될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 유입되는 배기가스(1)가 이젝터부(200)에서 1차 희석공기(2)와 혼합되어 1차로 희석이 이루어지고, 희석부(400)에서 2차 희석공기(3)와 혼합되어 2차로 희석이 이루어짐으로써, 희석율이 높아질 수 있다.
전술한 바와 같이, 이젝터부(200)로 공급되는 1차 희석공기(2)는 150℃ 내지 250℃의 고온의 공기일 수 있다. 따라서, 이젝터부(200)를 통해 생성되는 1차 희석가스는 고온희석 방법으로 생성될 수 있다. 그리고, 희석부(400)로 공급되는 2차 희석공기(3)는 상온의 공기일 수 있으며, 10℃ 내지 30℃의 온도로 공급될 수 있다. 따라서, 희석부(400)에서 생성되는 2차 희석가스는 상온희석 방법으로 생성될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 배기가스 희석장치에서 희석 온도에 따른 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 이젝터부(200)로 유입되는 배기가스는 고온의 상태(P0)인데, 만일, 고온 상태의 배기가스와 혼합되는 1차 희석공기가 상온의 공기인 경우, 즉, 고온의 배기가스가 상온희석되는 경우 배기가스 내의 수분이 모두 액적으로 변환될 수 있다. 이에 따라, 확산부(236)에서 생성되는 제1상태(P1)의 1차 희석가스는 다량의 액적을 포함할 수 있다. 그리고, 다량의 액적을 포함하는 1차 희석가스가 희석부(400)에서 상온의 2차 희석공기와 혼합되어 제2상태(P2)의 2차 희석가스로 생성되는 경우, 2차 희석가스에는 다량의 액적이 계속 포함되게 된다. 이러한 액적은 입자계수기(미도시)에서의 측정 시에 입자로 취급될 수 있기 때문에, 측정 정확도가 저하되는 원인이 될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따르면, 고온의 상태(P0)의 배기가스가 고온의 1차 희석공기(2)와 혼합됨으로써, 즉, 고온의 배기가스가 고온희석됨으로써 확산부(236)에서 생성되는 1차 희석가스는 제3상태(P3)가 될 수 있으며, 배기가스 내의 수분이 액적화되는 것이 방지될 수 있다. 그리고, 희석부(400)에서 상온의 2차 희석공기(3)와 혼합되어 제2상태(P2)의 2차 희석가스로 형성됨으로 2차 희석가스에는 액적이 포함되지 않거나, 액적의 함유량이 최소화될 수 있으며, 이를 통해, 입자의 측정 정확도는 향상될 수 있다.
예열부(600)는 이젝터부(200)의 후단부에 구비될 수 있으며, 이젝터부(200)로 유입되는 배기가스(1)를 예열(Pre-heating)시킬 수 있다. 예열부(600)는 배기가스(1)를 190℃ 내지 210℃의 온도로 예열시킬 수 있다. 배기가스(1)가 예열되어 이젝터부(200)로 이동하면 전술한 1차 희석공기(2)와 혼합되어 더욱 효과적으로 고온희석될 수 있다.
도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 세척유체 공급부(700)는 압축부(710), 건조부(720), 필터부(730) 및 이음유로부(740)를 포함하여 구성될 수 있다.
압축부(710)는 세척용 유체(PA)를 압축 분사시킬 수 있다. 세척용 유체(PA)로는 상온의 공기가 사용될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것을 아니다.
건조부(720)는 압축부(710)의 전단에 구비될 수 있으며, 세척용 유체(PA)를 건조시킬 수 있다.
필터부(730)는 건조부(720)의 전단에 구비될 수 있으며, 세척용 유체(PA)에 포함된 이물질을 제거할 수 있다. 이에 따라, 필터부(730)에서 배출되는 세척용 유체(PA)는 수분 및 이물질을 함유하지 않을 상태가 될 수 있다.
이음유로부(740)는 이젝터부(200) 및 예열부(600)의 사이에 구비될 수 있다. 이음유로부(740)는 필터부(730)를 통해 이동하는 세척용 유체(PA)의 일부를 이젝터부(200)로 안내하고 세척용 유체(PA)의 나머지를 예열부(600)로 안내할 수 있다. 이를 위해, 이음유로부(740)는 내측에 이음유로부(740)의 반경 방향으로 연장 형성되고 필터부(730)와 연결되어 필터부(730)로부터 이동하는 세척용 유체(PA)가 유입되는 유입유로(741)와, 상기 유입유로(741)와 연결되고 상기 이젝터부(200) 방향으로 연장되는 제1안내유로(742)와, 상기 유입유로(741)와 연결되고 상기 예열부(600) 방향으로 연장되는 제2안내유로(743)가 형성될 수 있다. 제1안내유로(742) 및 제2안내유로(743)는 유입유로(741)를 기준으로 서로 대칭되도록 형성될 수 있으며, 동일한 지름을 가지도록 형성될 수 있다. 유입유로(741)로 유입되는 세척용 유체(PA)는 제1안내유로(742) 및 제2안내유로(743)로 각각 동일한 유량이 공급될 수 있다. 이음유로부(740)는 유입유로(741)로 유입되는 세척용 유체(PA)가 양분되어 제1안내유로(742) 및 제2안내유로(743)로 각각 동일한 유량으로 공급될 수 있도록 가름돌기(744)가 형성될 수 있다. 가름돌기(744)는 제1안내유로(742)와 제2안내유로(743)로 양분되는 지점에 유입유로(741)에 대향되도록 정중앙에 돌출 형성되어 유입유로(741)를 양분할 수 있다.
제1안내유로(742)로 이동하는 세척용 유체(PA)는 이젝터부(200), 희석부(400), 확산튜브부(570) 및 배출관(590)를 통해 이동하면서 각 부분의 내부를 세척할 수 있다.
그리고, 제2안내유로(743)로 이동하는 세척용 유체(PA)는 예열부(600)를 통해 이동하면서 예열부(600)의 내부를 세척할 수 있다.
도 1, 도 2, 도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 배기가스 희석장치는 희석부(400)의 전단에 결합되고, 2차 희석가스의 입자정보를 측정하는 측정부(800)를 포함할 수 있다.
측정부(800)는 분사부(810), 광원(820), 수광부(830) 그리고 산출부(840)를 포함하여 구성될 수 있다.
2차 희석가스는 배출관(590)과 연결되는 흐름유로(591)를 통해 분사부(810)로 이동될 수 있다. 그러면 분사부(810)는 2차 희석가스에 포함된 입자(P)를 하나씩 순차 분사할 수 있다.
광원(820)은 분사부(810)에서 분사되는 입자(P)의 분사경로에 교차하는 방향으로 광(821)을 조사할 수 있다. 입자(P)의 분사경로에 교차하는 광(821)이 분사경로 상의 입자(P)에 부딪히게 되면 산란이 발생할 수 있다.
수광부(830)는 분사경로의 일측에 구비되고, 광원(820)에서 조사된 후 분사부(810)에서 분사되는 입자(P)에 의해 산란되는 광(822)을 수광할 수 있다. 분사부(810)에서 분사되는 입자(P)의 크기가 크면 산란되는 광(822)이 많아지고, 반대로, 입자(P)의 크기가 작으면 산란되는 광(822)은 적어질 수 있다.
산출부(840)는 수광부(830)에서 생성하는 광 정보를 기초로, 2차 희석가스에 포함된 입자의 크기 정보를 산출할 수 있다. 입자의 크기 정보는 미리 설정된 측정시간 동안 획득되는 입자를 대상으로 산출될 수 있다.
산출부(840)가 산출하는 입자의 크기 정보는, 예를 들면, 입자의 크기가 10㎛ 이하로 보통 미세먼지로 칭해지는 PM10(Particulate Matter with a diameter less than 10㎛)의 농도, 또는 입자의 크기가 2.5㎛ 이하로 보통 초미세먼지로 칭해지는 PM2.5의 농도로 산출될 수 있다.
측정부(800)는 전술한 구성에 한정되지 않고, 입자의 농도를 측정하는 공지된 다른 구성으로 형성될 수도 있다.
세척유체 공급부(700)가 배기가스 희석장치의 전단으로 위치될수록 공급되는 세척용 유체와 측정부(800) 사이의 거리가 가까워지게 된다. 그러면, 세척용 유체에 의해 배기가스 희석장치 내부의 이물질이 측정부(800)로 이동하게 되어 측정부(800)의 교란이 발생할 수 있고, 이를 통해 측정 정확도가 저하될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는, 세척유체 공급부(700)가 배기가스 희석장치에서 상대적으로 후방부에 연결되도록 하여 공급되는 세척용 유체와 측정부(800) 사이의 거리를 충분히 확보할 수 있으며, 이를 통해, 전술한 문제점이 발생되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
1: 배기가스 2: 1차 희석공기
3: 2차 희석공기 200: 이젝터부
210: 메인유로 211: 제1분기유로
212: 제1분기유로의 단부 216: 제2분기유로
217: 제2분기유로의 단부 221: 제1관
230: 배기가스 흡인유로 231: 공간부
232: 제1흡인부 233: 제1가속부
234: 제2흡인부 235: 제2가속부
236: 확산부 400: 희석부
410: 제1유로부 411: 통공
420: 제2유로부 430: 가이드벽
440: 제2유입구 441 제2관
500: 제1어댑터부 501: 연장확산부
502: 제2단차홈 550: 제2어댑터부
551: 유로홀 552: 제3단차홈
570: 확산튜브부 571: 추가확산부
572: 결합홈 580: 마개부
581: 연결홀 590: 배출관
591: 흐름유로 600: 예열부
700: 세척유체 공급부 710: 압축부
720: 건조부 730: 필터부
740: 이음유로부 741 유입유로
742: 제1안내유로 743: 제2안내유로
744: 가름돌기 800: 측정부
810: 분사부 820: 광원
830: 수광부 840: 산출부
900: 정체공기 형성부 910: 디퓨져부
915: 유입홀 920: 공기 체류부
925: 유출홀 940: 샘플링 유출부

Claims (7)

  1. 유입되는 배기가스의 유속을 감속시켜 정체 공기를 형성하는 정체공기 형성부;
    상기 정체공기 형성부 전단에 형성되어, 상기 정체공기 형성부로부터 정체 공기가 유입되어 배기가스가 유동하는 유로인 배기가스 흡인유로 및 유입되는 1차 희석공기를 분기시켜 상기 배기가스 흡인유로의 복수 지점에 공급시키는 유로인 희석공기 공급유로가 형성되고, 1차 희석공기의 공급에 따른 압력 차이로 상기 배기가스 흡인유로를 통해 배기가스를 유입시켜 전방으로 토출시키는 이젝터부; 및
    상기 이젝터부의 전단에 결합되며 배기가스와 1차 희석공기가 혼합되어 배출되는 1차 희석가스에 2차 희석공기를 공급하여 2차 희석가스를 생성하는 희석부를 포함하고,
    상기 희석공기 공급유로는
    외부로부터 상기 1차 희석공기가 유입되는 메인유로;
    상기 메인유로로부터 분기하여 상기 배기가스 흡인유로의 후단부에 상기 1차 희석공기를 공급하는 제1분기유로; 및
    상기 메인유로로부터 분기하여 상기 배기가스 흡인유로의 전단부에 상기 1차 희석공기를 공급하는 제2분기유로를 포함하고,
    상기 배기가스 흡인유로는 상기 이젝터부의 후단부에 형성되며 전방을 향하여 관경이 점차적으로 줄어드는 제1흡인부, 상기 제1흡인부의 전단에 형성되며 관경이 일정한 제1가속부, 상기 제1가속부의 전단에 형성되며 상기 제1분기유로를 통해 유입되는 1차 희석공기와 상기 배기가스가 혼합되어 1-1차 희석가스를 생성하며 관경이 점차적으로 줄어드는 제2흡인부, 및 상기 제2흡인부의 전단에 형성되며 관경이 일정한 제2가속부, 상기 제2가속부의 전단에 형성되며 상기 제2분기유로를 통해 유입되는 1차 희석공기와 상기 1-1차 희석가스가 혼합되어 1-2차 희석가스를 생성하고 관경이 점차적으로 커지는 확산부를 포함하는 배기가스 희석장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정체공기 형성부는
    상기 배기가스가 유입되는 유입홀이 형성되며 상기 배기가스가 유동하는 방향을 따라 반경이 점차적으로 커지는 디퓨져부를 포함하는 배기가스 희석장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 정체공기 형성부는
    상기 디퓨져부를 통해 감속된 배기가스가 체류하며 유동 방향을 따라 배기가스를 유출시키는 유출홀이 형성된 공기 체류부; 및
    상기 공기 체류부에 직교하는 방향으로 연장 형성되어 상기 이젝터부를 향하여 배기가스를 토출하는 샘플링 유출부를 더 포함하는 배기가스 희석장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1분기유로의 단부는 상기 배기가스 흡인유로 후단부 주위를 둘러싸도록 형성되어 상기 배기가스 흡인유로의 후단부 전방을 향하여 상기 1차 희석공기를 토출시키고,
    상기 제2분기유로의 단부는 상기 배기가스 흡인유로의 전단부 주위를 둘러싸도록 형성되어 상기 배기가스 흡인유로의 전단부 전방을 향하여 상기 1차 희석공기를 토출시키는 배기가스 희석장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 정체공기 형성부와 상기 이젝터부 사이에 형성되어 상기 배기가스를 예열하는 예열부를 더 포함하는 배기가스 희석장치.
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