KR20010026477A - 온라인 고이슬점 측정에 있어서 경로상의 응축방지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 0℃이상의 이슬점을 온라인으로 측정하는데 있어서 샘플링된 가스가 이슬점 측정장치까지 전달되는 과정에서 주변 온도에 의해 응축이 발생되는 것을 방지하는 온라인 고이슬점 측정에 있어서 경로상의 응축방지방법에 관한 것으로, 온라인으로 고이슬점을 측정함에 있어서, 샘플링된 가스가 샘플링 위치로부터 이슬점 측정장치 사이의 경로상에서 응축이 발생되지 않도록 가스의 이슬점보다 15℃ 내지 20℃ 높게 샘플링된 가스의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하며, 또한, 상기 경로상의 샘플링된 가스의 온도를 측정하고, 이 온도에 따라 경로상의 외부에 설치된 가열라인을 가열함으로써 샘플링된 가스의 온도가 가스의 이슬점보다 15℃ 내지 20℃ 높게 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

온라인 고이슬점 측정에 있어서 경로상의 응축방지방법{Method of on-line measuring high degree of dew point without gas condensation in pipe-line}

본 발명은 0℃이상의 이슬점을 온라인으로 측정하는데 있어서 샘플링된 가스가 이슬점 측정장치까지 전달되는 과정에서 주변 온도에 의해 응축이 발생되는 것을 방지하는 온라인 고이슬점 측정에 있어서 경로상의 응축방지방법에 관한 것이다.

대부분의 산업체에서는 우수한 품질의 제품을 생산하기 위하여 생산공정 라인에서 습도의 모니터링 및 조절을 통하여 품질의 재현성을 확보하고자 한다. 이를 위하여 온라인 이슬점 측정장치가 사용되고 있으나, 이슬점 측정에 있어서 샘플링된 가스가 센서까지 전달되는 과정에서 주변온도의 영향으로 인하여 파이프라인(pipe line) 내부에서 응축이 발생되어 정확한 측정이 이루어지지 못하고 있으며, 특히 주변온도(평균온도 약 25℃) 보다 높은 이슬점 분위기에서는 파이프라인 내부에 응축이 발생될 확률이 매우 높아 이슬점 측정에 있어서 재현성이 확보되고 있지 못할 뿐만 아니라 안정적으로 측정되고 있지 못하고 있다.

종래에 이슬점을 측정하는 방법으로는 예상되는 이슬점보다 약간 높은 온도의 물을 컵에 담은 후, 이슬이 발생되는 기구부의 입구에 근접한 위치에서 가스 샘플에 대한 이슬점을 측정하여 응축문제가 발생되지 않았다.

이때 컵에 담긴 물의 온도가 서서히 떨어져 컵의 바깥쪽에 이슬이 발생되기 시작할 때, 컵에 담긴 물의 온도를 측정하여 이슬점을 구하는 이슬 컵(dew cup)을 이용한 측정방법, 광을 이용한 이슬점을 측정하는 방법(미국특허 제4,335,597호, 제4,345,455호, 제4,701,052호 참조), 세라믹센서를 이용한 이슬점 측정방법, 저항측정방법에 의한 이슬점 측정방법(미국특허 제3,886,797호 참조) 등이 알려져있다.

또한, 온라인으로 이슬점을 측정하는 방법으로는 거울냉각을 이용하여 응축현상을 광학적으로 측정하는 이슬점 측정방법이 미국특허 제4,589,274호, 제4,629,333호, 제4,799,235호 등에 개시되어 있다.

제품의 품질관리를 위하여 이슬점을 온라인으로 측정하는 곳이 늘어나고, 기존 설비구조 때문에 이슬이 발생되는 지점으로부터 떨어진 곳에 이슬점 측정장치를 설치하게 된다.

이러한 측정조건을 고려하여 볼 때 이들 종래의 방법들은 모두 샘플링된 가스가 센서까지 도달하는 과정에서 주변온도의 영향으로 인하여 응축이 발생되어 측정데이터를 신뢰할 수 없다는 문제점이 있었다. 따라서 이들 방법에 의해서 온라인으로 고이슬점을 측정함에 있어서 응축이 발생되지 않도록 보완된 새로운 방법의 도입이 절실히 요구된다.

본 발명은 상기한 종래 방법들의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로 이슬점 측정장치로부터 멀리 떨어진 가스 샘플링 위치로부터의 샘플링 가스의 이송중의 응축현상을 방지하여 측정데이터의 신뢰도를 높일 수 있고, 그에 따라 제품의 품질관리에 만전을 기할 수 있는 온라인 고이슬점 측정에 있어서 경로상의 응축방지방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1은 샘플링된 가스의 경로상의 응축방지방법을 설명하기 위한 개략도,

도 2는 경로상에서 응축이 발생한 경우 이슬점과 수분함량의 관계를 나타내는 그래프,

도 3은 경로상에서 응축을 방지한 경우 이슬점과 수분함량의 관계를 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명에 의해 응축방지 상태에서 이슬점의 증가에 따른 이슬점 측정치와 경로상에서 가스 샘플의 온도를 나타내는 그래프,

도 5는 본 발명에 의해 제작된 장치를 채택하여 온라인으로 이슬점을 측정한 실시예를 나타낸 그래프.

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＞

1 : 이슬점 발생기구 2,2' : 가열라인

3 : 솔레노이드밸브 4 : 가열필터

5 : 온도센서 6 : 자동가스 샘플링장치

7 : 가스 크로마토그래프 8 : 이슬점측정장치

9 : 프로세서

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고이슬점 측정에 있어서 경로상의 응축방지방법은, 온라인으로 고이슬점을 측정함에 있어서, 샘플링된 가스가 샘플링 위치로부터 이슬점 측정장치 사이의 경로상에서 응축이 발생되지 않도록 가스의 이슬점보다 15℃ 내지 20℃ 높게 샘플링된 가스의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 방법에 있어서, 상기 경로상의 샘플링된 가스의 온도를 측정하고, 이 온도에 따라 경로상의 외부에 설치된 가열라인을 가열함으로써 샘플링된 가스의 온도가 가스의 이슬점보다 15℃ 내지 20℃ 높게 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있는 온라인 이슬점 측정장치에 있어서 경로상에서 가스 샘플이 응축되는 현상의 일례를 개략적으로 나타내고 있는 도 1을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따라 이슬점을 온라인으로 측정하기 위한 장치는 대략 도 1에 나타낸 바와 같이 구성된다.

가스샘플의 응축방지부분은 습기를 함유한 가스샘플을 발생시키는 이슬점 발생기구(1), 가스샘플이 경로상에서 응축이 발생되지 않도록 열선에 의해 설정된 온도까지 파이프라인을 가열하는 가열라인(2,2'; heated line), 상기 이슬점 발생기구(1)의 이슬점을 측정하고자 할 때 파이프라인(pipe line)의 경로를 개폐하는 솔레노이드밸브(3), 응축방지를 위해 열원으로 데워진 분위기에서 오염원을 제거하는 가열필터(heated filter), 파이프라인(pipe line) 속으로 흐르는 가스샘플의 온도를 측정하는 온도센서(5) 등으로 구성된다.

또한, 자동으로 가스샘플의 일정한 량을 연속적으로 채취하는 자동가스샘플링장치(6), 샘플가스에 함유된 수분을 측정하기 위한 가스 크로마토그래프(7; gas chromatograph), 이슬점을 온라인으로 측정할 수 있는 칠드미러(chilled-mirror) 이슬점장치(8), 수분함량, 이슬점, 가스의 온도, 가열 라인 온도제어 등을 처리하는 프로세서(9) 등이 설치된다.

통상 가스샘플은 여러 분자들로 구성되어 있으며, 이 가운데 물의 분자에 대한 함량을 측정하는데 있어서 가스샘플에서 가장 많이 차이하고 있는 분자의 량과 상대적인 량의 비로 계산하여, 자동가스샘플링장치(7)에 의해 채취된 가스샘플의 부피에 관계없이 수분의 함량을 측정하도록 규격화한다.

즉, 다음의 수학식 1에서 수분 함량에 대한 값인 X^※는 가스샘플의 부피에 관계없이 계산되도록 한다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 같이 경로상에서 가스샘플의 응축방지장치를 설치한 본 발명 장치에서, 이슬점 발생기구(1), 가스 크로마토그래프(7), 칠드미러 이슬점측정장치(8) 등으로 이슬점을 변화시키면서 응축현상을 관찰하는 실험을 실시하였다.

이슬점 발생기구(1)로부터 시간에 따라 이슬점을 증가시키면서 가스 크로마토그래프(7)를 이용하여 수분의 함량을 측정하고, 동시에 칠드미러 이슬점측정장치(8)를 이용하여 이슬점을 측정하였다.

첫 번째 실험은 이슬점 발생기구(1)와 칠드미러 이슬점측정장치(8) 사이에서 가스 샘플이 응축되지 않도록 가열라인(2')으로 온도를 유지하였으나, 이슬점 발생기구(1)와 가스 크로마토그래프(7) 사이의 가열라인(2)은 가열하지 않고 주변온도와 일치시켰다.

이와 같은 조건에서 가스 샘플의 이슬점이 증가함에 따라 수분함량의 변화를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 볼 수 있듯이 이슬점 발생기구(1)에 의해 가스 샘플의 이슬점을 증가시켜도 수분의 함량이 더 이상 증가하지 않고 있음을 알 수 있다. 이는 이슬점 발생기구(1)와 가스 크로마토그래프(7) 사이에서 주변 온도의 영향으로 가스 샘플이 응축되어 가스 샘플이 더 이상 가스 크로마토그래프(8)에 도달되지 못했음을 나타낸다.

두 번째 실험은 이슬점 발생기구(1)와 가스 크로마토그래프(7), 칠드미러 이슬점측정장치(8) 사이의 각각의 경로에 대해서 가스 샘플이 응축되지 않도록 가열라인(2)(2')으로 경로상의 가스 샘플의 온도를 가스 샘플의 이슬점보다 15℃ 이상 높게 유지하였다.

이와 같은 온도의 유지방법은 각각의 가열라인(2)(2')에 설치된 온도센서(5)에 의해 측정되는 온도 데이터로부터 자동으로 프로세서(9)에 의해 온도를 설정값으로 유지할 수 있도록 상기 각각의 가열라인(2)(2')을 가열하여 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같은 조건에서 가스 샘플의 이슬점 증가에 따른 수분 함량의 변화를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 볼 수 있듯이 각각의 경로에 대해서 가스 샘플의 응축이 발생되지 않고 있으므로 가스 샘플의 이슬점이 증가함에 따라 수분의 함량이 증가함을 알 수 있다.

또한, 시간에 따라 이슬점 발생기구(1)로부터 이슬점을 증가시켜 이때의 이슬점 측정값과 가스샘플의 온도 변화를 도 4에 나타내었다. 이슬점을 15~70℃의 범위에서 변화시키면서 가열라인(2)(2')을 통해 가스샘플의 온도를 제어하였는데 가스 샘플이 경로상에서 응축이 발생되지 않으며 이슬점이 정상적으로 측정되었음을 알 수 있다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 이슬점보다 대략 10℃ 이상 높게 가스의 온도를 유지하면 응축을 방지할 수 있는 것을 알 수 있으나, 주변 조건에 영향을 받지 않고 확실하게 가스의 응축을 방지하기 위해서는 15℃ 이상 높게 가스의 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 20℃ 이상 높게 유지하는 것은 더이상의 응축방지효과의 차이를 나타내지 않고, 무용한 에너지의 낭비가 되므로 바람직하지 않기 때문에 본 발명에서는 이슬점보다 15 내지 20℃ 높은 온도범위내에서 가스의 온도를 유지하도록 한 것이다.

본 발명의 장치, 가스 크로마토그래프를 이용한 이슬점측정장치, 칠드미러 이슬점측정장치 및 이슬컵 등을 실제의 조업 현장에 설치하여, 각각의 측정방식으로 약 5분 간격으로 약 350회 이슬점을 측정하여 비교한 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 볼수 있듯이 본 발명에 의한 방법을 적용한 결과로부터 가스 샘플이 경로상에서 응축이 발생되지 않으며 가스 크로마토그래프를 이용한 이슬점측정장치, 칠드미러 이슬점측정장치, 이슬컵 등에 의해 측정한 결과는 잘 일치하는 것으로 나타났다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명을 사용하면, 샘플링된 가스가 주변온도에 의해 응축되는것을 방지하여 정확한 이슬점의 측정이 가능하고, 이에 따른 제품품질 관리에 기여할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 온라인으로 고이슬점을 측정함에 있어서, 샘플링된 가스가 샘플링 위치로부터 이슬점 측정장치 사이의 경로상에서 응축이 발생되지 않도록 가스의 이슬점보다 15℃ 내지 20℃ 높게 샘플링된 가스의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 온라인 고이슬점 측정에 있어서 경로상의 응축방지방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 경로상의 샘플링된 가스의 온도를 측정하고, 이 온도에 따라 경로상의 외부에 설치된 가열라인을 가열함으로써 샘플링된 가스의 온도가 가스의 이슬점보다 15℃ 내지 20℃ 높게 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 온라인 고이슬점 측정에 있어서 경로상의 응축방지방법.