KR200238976Y1 - 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 자동 측정 장치 - Google Patents

인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 자동 측정 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR200238976Y1
KR200238976Y1 KR2020010011546U KR20010011546U KR200238976Y1 KR 200238976 Y1 KR200238976 Y1 KR 200238976Y1 KR 2020010011546 U KR2020010011546 U KR 2020010011546U KR 20010011546 U KR20010011546 U KR 20010011546U KR 200238976 Y1 KR200238976 Y1 KR 200238976Y1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chimney
exhaust gas
infrared
gas
present
Prior art date
Application number
KR2020010011546U
Other languages
English (en)
Inventor
김현봉
Original Assignee
김현봉
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김현봉 filed Critical 김현봉
Priority to KR2020010011546U priority Critical patent/KR200238976Y1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR200238976Y1 publication Critical patent/KR200238976Y1/ko

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

본 고안은 굴뚝 배출 가스 측정 장치에 관한 것으로, 특히 인시츄(in-situ) 방식으로 굴뚝에서 배출되는 여러 종류의 가스 성분을 측정하는 장치에 관한 것이다.
본 고안은 굴뚝에 부착된 미켈슨 간섭기 응용 모니터 장치를 이용하여 측정되는 적외선 인터페로그램과 푸리에 변환 스펙트럼(FT-IR)을 이용하여, 굴뚝 배출 가스의 실시간 성분 및 농도 측정을 가능하게 한다. 본 고안에 따른 배출 가스 측정 장치는 종래 기술에 따른 적외선 측정기와 비교할 때, 양호한 신호 대 잡음비 (S/N ratio)를 보이며 높은 에너지 효율을 나타낸다. 본 고안에 따른 굴뚝 배출 가스 측정 장치는 높은 에너지 효율을 구비하기 때문에, 국내 소각로의 상당 부분을 차지하는 습식 소각 시스템(wet scrubber system) 등과 같이 오패시티 (opacity)가 높아 측정이 용이하지 않은 굴뚝에 대해서도 탁월한 성능을 발휘할 수 있다.

Description

인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 자동 측정 장치{IN-SITU FT-IR CONTINUOUS EMISSION MONITORING APPARATUS}
본 고안은 굴뚝 배출 가스 측정 장치에 관한 것으로, 특히 인시츄(in-situ) 방식으로 굴뚝에서 배출되는 가스의 성분을 측정하는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 고안은 미켈슨 간섭기(Michelson Interferometer)를 이용한 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(Fourier Transform Infrared; FT-IR)을 모니터함으로써, 인 시츄하게 공장 굴뚝에서 배출되는 배출 가스의 종류 및 농도를 실시간으로 측정하여 분석하는 장치에 관한 것이다.
현재까지 소각로 또는 공장 굴뚝으로부터의 배출 가스의 성분을 분석 측정하는 방식으로서, 굴뚝으로부터 배출되는 가스를 일부 샘플 추출하여 이를 샘플링 라인을 통해서 특정 장소에 설치된 측정기로 이송한 후, 수분 및 먼지 제거 과정을 포함한 전처리 과정을 거친 후에 가스 농도를 측정하는 샘플링 측정 방식이 사용되고 있다.
또한, 샘플링 측정 방식 이외에 굴뚝 외벽에 측정기를 직접 취부하여 배출 가스를 측정하는 인시츄 방식이 사용되고 있다. 그런데, 인시츄 방식은 종래의 샘플링 측정 방식과 비교할 때에, 샘플링 라인을 사용하지 아니하므로 실시간 측정이 가능하고, 유지 보수가 편리하며, 그 결과 비용이 절감되는 장점이 있다.
즉, 인시츄 방식은 샘플링 라인 또는 진공 펌프 등과 같은 전처리 장치를 필요로 하지 않으므로 유지 보수가 용이한 장점이 있다. 따라서, 현재 다양한 종류의 인시츄 방식의 굴뚝 가스 분석 장치가 개발되어 사용되고 있다. 현재까지 당 업계에 알려져 사용되고 있는 인시츄 굴뚝 배출 가스 분석 장치의 측정 소스는 주로 비분산 적외선(nondispersive infrared)과 자외선(UV) 방식을 사용하고 있다.
종래 기술에 따른 인시츄 굴뚝 배출 가스 분석 장치에 관한 기술은 미합중국특허 제4,632,536호 및 제5,451,787호에 상술되어 있다. 그런데, 전술한 미합중국특허 제4,632,536호에 개시되어 있는 인시츄 굴뚝 배출 가스 분석 장치는 구조적 제약으로 인하여 한 번에 측정할 수 있는 가스의 종류가 1 ∼ 6 가지 이내로 제한되는 불편한 점이 있다.
더욱이, 종래 기술에 따른 비분산 적외선(Non-Dispersive Infrared; NDIR)방식의 경우에는 그레이팅(grating) 또는 슬릿(slit)을 사용하여 적외선을 집중시켜야 하기 때문에, 국내에서 많이 사용되는 습식 소각로에서와 같이 수분이 많은 굴뚝에서는 빛의 세기의 현저한 감소로 인하여 측정 효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 배출 가스 자동 측정 장치는 적외선 또는 자외선 분석에 있어서 일부분이 아날로그 방식으로 데이터 처리되므로, 이와 같은 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 과정에서 오차가 발생할 가능성이 있다.
따라서, 본 고안의 제1 목적은 인시츄한 방식으로 가스의 종류의 제한 없이 여러 종류의 가스에 대하여 굴뚝에서 배출되는 배출 가스의 성분을 동시에 분석하는 배출 가스 분석 장치를 제공하는데 있다.
본 고안의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 수분 또는 먼지를 많이 함유하고 있는 굴뚝에 대해서도 높은 S/N 비를 지니고 고효율의 측정 효율을 지닌 배출 가스 분석 장치를 제공하는데 있다.
본 고안의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 측정 수치의 왜곡 변환이 방지된 배출 가스 분석 장치를 제공하는데 있다.
도1은 종래 기술에 따른 미켈슨 간섭계의 기본 구성을 나타낸 도면.
도2는 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 자동 측정 장치의 구성을 나타낸 도면.
도3은 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치를 구성하는 미켈슨 간섭계의 광학 구성을 나타낸 도면.
도4a와 도4b는 각각 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치를 이용하여 인터페로그램 및 스펙트럼 자료를 나타낸 도면.
도5는 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치를 굴뚝에 장착하여 사용하는 일 실시예를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 광원
11, 21 : 빛살 분리기(beam splitter)
12, 22 : 고정 거울
13, 23 : 이동 거울
100 : 적외선 소스 유닛트(IR source unit)
110 : 스캐너(scanner)
120 : 오딧트 셀(audit cell)
130 : 빔 파이프(beam pipe)
140 : 광 검출기(detector)
150 : 콘트롤러 유닛트(controller unit)
160 : 캘리브레이션 거울(callibration mirror)
170 : 모터 스테이지(motor stage)
180 : 무선 모뎀 유닛트(wireless modem unit)
300 : 굴뚝
310 : 배출 가스
320 : 적외선(IR)
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 굴뚝에 부착하여 상기 굴뚝에서 배출되는 배출 가스의 성분을 인시츄하게 측정하는 분석 장치에 있어서, 적외선 소스로부터 출력된 적외선 광을 빛살 분리기로 분리하여, 제1 적외선 빔은 선정된 지점과 지점 사이를 이동하는 이동 거울에 조사된 후 반사되어 상기 빛살 분리기로부터 분리된 제2 적외선 빔과 광로차를 지닌 채 평행하게, 분석하고자 하는 배출 가스에 조사되도록 진행시키는 스캐너; 상기 스캐너로부터 출력된 상기 제1 적외선 빔과 상기 제2 적외선 빔이 분석하고자 하는 배출 가스를 통과한 후 상기 제1 적외선 빔과 상기 제2 적외선 빔의 미켈슨 간섭 인터페로그램 파형을 검출하는 광 검출기; 및 상기 굴뚝에서 배출되는 가스의 종류 또는 농도에 따라 변하는 상기 제1 적외선 빔과 상기 제2 적외선 빔의 미켈슨 간섭 인터페로그램 파형을 상기 광 검출기로부터 입력받아 푸리에 변환하여 FT-IR 스펙트럼을 산출하는 콘트롤러를 포함하는 배출 가스 분석 장치를 제공한다.
이하에서는, 본 고안에 따른 배출 가스 분석 장치를 첨부 도면 도1 내지 도5를 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 고안의 원리가 되는 종래 기술에 따른 미켈슨 간섭계의 구성을 나타낸 도면이다. 본 고안은 미켈슨 간섭계의 원리를 응용하여 구성된 장치로서, 본 고안의 구성 요소를 설명하기에 앞서서 미켈슨 간섭계의 원리를 간단히 설명하기로 한다.
본 고안에 따른 푸리에 변환 적외선(Fourier Transform-Infrared; FT-IR)은 미켈슨 간섭계(Michelson Interferometer)를 이용하여 시간 지배 스펙트럼인 인터페로그램(Interferogram)을 얻은 후, 이를 푸리에 변환(Fourier Transform)시켜서 주파수 지배 스펙트럼을 얻는 방법이다.
본 고안에 따른 FT-IR은 종래의 확산 적외선(Dispersive IR)에 비하여 스펙트럼을 얻는 시간과 감도면에서 많은 이점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 푸리에 변환을 위해 컴퓨터를 사용하는 장점이 포함된다.
도1을 참조하면, 광원(10)에서 나온 복사선의 빛살은 평행화되어 빛살 분리기(Beam Splitter; 11)를 통과하면서, 절반(제1 적외선 빔)은 투과되고 나머지 반(제2 적외선 빔)은 반사된다. 이와 같이, 나누어진 두 빛살은 하나는 고정 거울(12)에 또 다른 빛살은 이동 거울(13)에 도달한다. 각각의 거울에서 반사되는 빛살은 다시 빛살 분리기(11)에서 서로 만나 시료를 통과한 후 검출기(detector)에서 검출된다.
즉, 검출기에 도달하는 제1 적외선 빔과 제2 적외선 빔은 경로차에로 인하여 간섭 현상이 발생하게 되며, 이동 거울(13)을 특정 지점에서 특정 지점까지 이동 시킴으로써, 시간적으로 의존성을 지니는 인터페로그램을 얻게 된다. 이 때에, 진행하는 적외선 빔이 특정 배출 가스가 배출되는 굴뚝 내부를 통과하는 경우에, 배출 가스로 인하여, 적외선 빔의 세기(intensity)가 감쇄되거나 주파수 천이 현상이 일어 나게 되며, 측정된 인터페로그램의 푸리에 변환 스펙트럼(FT-IR)을 분석함으로써 배출 가스의 성분 및 농도를 산출할 수 있게 된다.
이상과 같은 에프티아이알(FT-IR)은 전통적인 적외선 측정 장치가 사용하는 단색화 장치(monochromator)가 없는 대신에, 빛살 분리기(11)와 두 개의 거울(12, 13)을 포함하는 미켈슨 인터페로미터만으로 구성되어 있으므로 그 구성이 매우 단순한 이점이 있다.
도2는 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 자동 측정 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도2를 참조하면, 적외선 소스(IR Source) 유닛트 (100)에서 발생된 적외선은 스캐너(110)에 입력되고, 스캐너(110)는 미켈슨 간섭 현상을 유도하기 위하여 거울(mirror; 도시하지 않음)과 빛살 분리기(beam splitter; 도시하지 않음)를 포함하고 있다.
또한, 굴뚝에서 나오는 배출 가스를 측정을 위한 캘리브레이션용 오딧트 셀(audit cell; 120)과 스캐너(110)로부터 빛살 분리되어 나오는 빛이 통과하는 빔 파이프 (beam pipe; 130)가 도시되어 있다. 본 고안에 따른 빔 파이프(130)를 통과한 적외선은 굴뚝 내부에 입사되어 굴뚝 내의 배출 가스를 통과하며 주행한 후 거울(200)에 반사되어 되돌아 온 후, 광 검출기(detector; 140)에서 검출된다.
이 때에, 굴뚝 내부의 배출 가스(310)의 종류 및 농도에 따라 광 검출기(140)에 검출되는 파형이 변동하게 된다. 즉, 굴뚝 내부에 존재하는 HCl, CO, NO, NO2, SO2, CO2, NH3, H2O, 또는 HF 등의 각종 가스 종류 및 그 농도에 따라 광 검출기(140)에서 측정되는 광로차와 복사선의 세기가 변동하게 되며, 배출 가스에 대응하는 인터페로그램을 푸리에 변환시켜 스펙트럼 주파수와 세기를 산출한다.
또한, 도2에 도시한 거울(190)은 반사경(retro-mirror)으로서, CaF2재질의 사용함으로써 외부 환경(수분, 먼지, 이산화탄소 등)으로부터 측정기를 보호하게 된다.
이 때에, 오딧트 셀(120)은 적외선 경로에 이동이 가능한 후면 거울을 내부에 구비하고 특정 가스에 대한 캘리브레이션이 필요한 시점에만 위치하게 되어, 적외선 빔이 굴뚝 내부로 진입하는 것을 차단하고 반사시킨다. 오딧트 셀(120)을 이용한 캘리브레이션 방법에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
본 발명에 따른 배출 가스 분석 장치는 무선 모뎀(180)을 이용하여 굴뚝에 설치된 상기 FT-IR 측정기 콘트롤러에서 계산한 측정 자료를 원격지의 출력 유닛트(PC)로 송신하거나 출력 유닛트(PC)로부터의 캘리브레이션 명령을 무선으로 수행 가능하게 할 수 있다.
다시 도2를 참조하면, 본 고안에 따른 FT-IR 배출 가스 분석을 위하여 스캐너(110) 내의 스캐닝 거울의 움직임을 제어하고 인터페로그램을 푸리에 변환 산출하는 콘트롤러 유닛트(controller unit; 150)와 캘리브레이션 거울(160)이 도시되어 있다. 그 밖에, 캘리브레이션 거울(160)을 이동시키는 모터 스테이지(170)와 원격 무선 조종을 위한 무선 모뎀 유닛트(180)가 도시되어 있다.
본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 자동 측정 장치가 측정하는 인터페로그램 및 스펙트럼을 정확히 얻기 위하여, 스캐너(110)에 장착된 움직이는 거울(13)의 속도가 일정하고, 그 위치가 어느 순간에서나 정확하게 확인되는 것이 중요하다. 또한, 움직이는 거울(13)의 평면성은 이동하는 동안에 항상 일정하게 유지되는 것이 중요하다.
본 고안에 따른 이동 거울(13)을 이동시키기 위한 전자식 코일에 전류가 서서히 증가하면, 일정 속도로 이동 거울(13)이 움직이게 되는데, 이동 거울(13)이 일단 목표 지점에 도달하면 전류의 빠른 반전으로 인하여 출발점으로 빠르게 되돌아가서, 다시 새로운 주사(scanning)를 시작하게 된다.
본 고안에 따른 에프티아이알 배출 가스 검출 장치가 정확한 가스 분석 결과를 산출하기 위해서는, 정밀한 지연 간격에서 인터페로그램을 취하여야 하며 신호 평균화를 수행하는데 정확한 영-지연점(zero delay point)을 측정하여야 한다. 이것은 반복 주사 시에 얻은 신호의 위상이 정확히 일치하지 않는 것을 방지하기 위함이다.
도3은 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치를 구성하는 미켈슨 간섭계의 광학 구성을 나타낸 도면이다. 도3을 참조하면, 본 고안의 미켈슨 간섭계는 고정 거울(22) 및 이동 거울(23)이 코너 큐브(conner cube)로 구성됨을 특징으로 하고 있으며, 빛살 분리기(beam splitter; 21)는 반사경(retro-reflector)을 채용하고 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 양호한 특성의 인터페로그램(interferogram)을 얻기 위해서는 빛살 분리기(beam splitter; 21)에 의해 갈라진 빛이 이동 거울(moving mirror; 23)과 고정 거울 (fixed mirror; 22)에 의해 반사된 후에 평행선에서 만나야 한다. 그런데, 보통 분석 장치가 외부의 충격이나 기계적 진동에 의해 거울에 진동이 발생하는 경우, 빛을 반사하는 거울의 표면이 틀어져서 다시 만나는 빛이 정상적으로 간섭 현상을 일으킬 수 없게 된다.
종래 기술에 따라 고정 거울과 이동 거울을 평면 거울로 사용할 경우에는, 외부 충격에 의하여 이동 거울(23) 및 고정 거울(22)이 쉽게 틀어지기 때문에 정렬 (alignment)을 주기적으로 해주어야 하는 단점이 있다. 한편, 도3에 도시한 본 고안에 따른 미켈슨 간섭 장치의 경우에는 고정 거울(22)과 이동 거울(23)이 입방체(corner cube)로 구성되어 있으므로, 외부 충격으로 인하여 틀어진 거울 각도에 무관하게 입사광과 반사광의 광로가 일정하도록 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 고안에 따른 양호한 실시예로서, 빛살 분리기(21) 이외에도 굴뚝 반대편에서 적외선을 반사하는 반사경(retroreflector)과 원격 캘리브레이션(calibra tion)을 위한 내부 거울(internal mirror)에도 최적의 정렬 상태를 유지하고, 진동으로 인한 오차를 줄이기 위하여 모두 금코팅된 코너 큐브 거울(gold coated corner cube mirror)을 사용할 수 있다.
또한, 빛살 분리기(21)에 반사경(retroreflector)을 일체화함으로써 보다 정확한 정렬 상태를 확보할 수 있으며, 동시에 주위의 진동과 온도 변화 등으로 발생하는 측정 오차를 극소화할 수 있다. 또한, 본 고안의 양호한 실시예로서, 코너 큐브 거울에 코팅된 박막이 대기중의 수분 또는 CO2에 의해 손상받는 것을 방지하기 위하여 가습제와 N2퍼지(purge) 장치를 추가로 설치할 수 있다.
본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치는 굴뚝에서 직접 취부되어 사용되는 경우 주변의 진동에 직접적으로 노출되게 되는데, 이와 같은 진동 문제를 해결하기 위하여 특별히 고안된 진동 격리 시스템(vibration isolation system)을 측정기 하부에 설치하여 외부의 진동을 완벽하게 차단할 수 있다.
본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치의 양호한 실시예로서 적용되는 진동 격리 시스템은 FT-IR에 배치된 광학 마운팅 플레이트를 기계적 스프링 구조가 아닌 N2가스 또는 기기 공기(instrument air)를 사용하여 캐비넷 바닥과 10 mm 정도의 간격을 유지함으로써 외부로부터의 진동 영향을 차단할 수 있다.
본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치를 구성하는 측정기 캐비넷(cabinet)의 항온성을 유지하기 위하여, 열전(thermoelectric) 온도 조절 장치를 사용할 수 있다. 본 고안에 따른 바람직한 실시예로서, 측정기 캐비넷은 피아이디 제어(PID control)를 통해 ±1℃ 오차 범위 내에서 항온 유지할 수 있으며, 설정 온도는 25 ∼ 32 ℃에서 자유롭게 선택할 수 있다.
본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치는 HCl, CO, NO, NO2, SO2, CO2, NH3, H2O, HF 이외에도 추가적인 가스 성분의 측정이 가능하다. 종래 기술에 따른 샘플링 방식의 경우에는 HCl, HN3와 같은 수용성 가스는 측정 과정에서 물에 녹게되는 문제점이 있다.
더욱이, SO2, NO2등은 상대적으로 용해도가 낮아 1000 ppm 이상의 농도에서는 큰 문제가 없는 것으로 무시되어 왔으나, 10 ppm 범위가 요구되는 현재의 범위 기준 하에서는 SO2및 NO2역시 문제될 수 있다. 한편, 다원자로 이루어진 가스는 근 적외선 영역인 2.5 ∼ 10 ㎛에서 특정 파장의 적외선을 흡수하는데, 이 때의 흡수 강도는 가스의 농도에 비례한다.
따라서, 본 고안의 에프티아이알(FT-IR)의 주요 이점은 스펙트럼 영역에서아주 정밀한 분해 등으로 적외선 흡수 스펙트럼을 모니터링할 수 있다. 즉, 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치는 각 성분간의 간섭 없이 여러가지 성분을 완전히 분리할 수 있도록 한다.
도4a와 도4b는 각각 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치를 이용하여 인터페로그램 및 스펙트럼 자료를 나타낸 도면이다. 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치의 캘리브레이션 (calibration)을 위하여 가스를 투입시키는 셀과 이동 가능한 반사경을 구비함으로써, 캘리브레이션 시에는 측정기 내부의 반사경(160)이 이동하여 소스로부터 조사된 적외선이 굴뚝 반대편 외부 거울(external mirror; 190)을 거치지 않고 가스가 충전된 셀(120)만을 거친 후 바로 측정기의 광 검출 장치(140)로 회수되는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 고안에 따른 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치는 캘리브레이션을 위한 약 10인치 길이의 오딧트 셀(audit cell; 120)과 내부에 거울(160)을 구비하고 있다. 제로 가스 및 각 항목별 스팬 가스(span gas)를 솔레노이드 밸브를 이용하여 자동 주입시키는 오토 캘리브레이션 시스템 패널이 구비될 수 있다.
본 고안에 따른 오딧트 셀(120)은 측정 장치 콘트롤러(150)가 모뎀과 전용선으로 연결된 환경 관리 공단 또는 원격지의 호스트 컴퓨터로부터 캘리브레이션 명령을 받게되면, 셀(120)에 약 2 ∼ 3분간(설정시간 변경 가능) 제로 가스(질소)가 투입되어 셀을 퍼지(purge)시킨 후 바로 캘리브레이션 가스가 주입되며 캘리브레이션 측정이 진행된다.
예를 들어서, SOX가스에 대한 원격 캘리브레이션 명령을 받게되는 경우 그 절차는 다음과 같다.
(1) 정상 운전
(2) 캘리브레이션 명령
(3) 내부 거울 동작(in position)
(4) 2 ∼ 3분간 질소 투입(purge)
(5) 제로 데이터 출력 및 기록
(6) 3 ∼ 5분간 SOX교정 가스 투입
(7) 교정 데이터 출력 및 기록
(8) 2 ∼ 3분간 질소 투입(purge)
(9) 내부 거울 동작(out position)
(10) 정상 운전 복귀
상술한 캘리브레이션 절차는 한가지 가스에 대해서 가능하며, 하나 이상의 캘리브레이션은 순차적으로 수행될 수 있다. 이하에서는, 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치를 캘리브레이션하는 캘리브레이션 가스 농도 계산식을 상술하기로 한다.
본 고안에 따른 에프티아이알 측정 장치에 있어서 적외선의 흡수 정도는 적외선 운행 거리(path length)에 비례한다. 즉, 2m 직경을 가진 굴뚝에 맞추어진 에프티아이알 측정 장치는 아무러한 조정없이 직경 1m의 굴뚝에 설치한다고 하면두 굴뚝의 배출 가스 농도가 동일하다고 하더라도, 1m 직경의 굴뚝에서 측정되는 가스 농도는 2m 직경의 굴뚝에서 측정되는 가스 농도의 절반이 된다.
이것은, 적외선이 가스에 흡수되는 거리가 반감되는 이유에서 농도가 적게 산출되어지는 것에 기인한다. 따라서, 본 고안에 따른 에프티아이알 배출 가스 측정 장치를 NOX항목에 대하여 200 ppm의 캘리브레이션을 수행하는 것이 필요한 경우, 굴뚝 직경와 동일한 2m의 가스 셀을 사용하여야 하지만 이것이 기술적으로 불가능하므로, 길이가 짧은 가스 셀을 사용하는 대신에 캘리브레이션 가스의 농도를 거리의 비율 만큼 상향 조정한다.
본 고안의 양호한 실시예로서, 캘리브레이션 가스 셀(120)의 길이는 10인치로 하여, 직경 2m 굴뚝에 설치하여 200 ppm의 NOX항목에 대한 캘리브레이션을 하는 경우 캘리브레이션 가스의 농도는 아래와 같이 산출될 수 있다.
NOX= 0.8 ×200 ppm ×(78.7' ×2)/(10' ×2)
= 1.259.2 ppm
여기서, 0.8은 스팬 가스의 농도(측정 범위의 80％)이며, 200 ppm은 측정 범위, 2m는 78.7'이며 적외선 측정이 왕복하므로 2를 곱하였다. 또한, 캘리브레이션 길이는 10'이며 더블 패스를 적용하여 2를 곱한다. 그 결과, 캘리브레이션 가스의 농도는 1,259.2 ppm이 된다.
도5는 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치를 굴뚝에 장착하여 사용하는 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도5를 참조하면, 굴뚝 (300)에서 발생하는 배출 가스(310)의 성분 조사를 위하여 적외선(320)이 통과하고 있으며, 콘트롤러(150), 광 검출기(140), 스캐너(110), IR 소스(100), 오딧트 셀(120) 등이 도시되어 있다. 본 고안에 따른 굴뚝 배출 가스 분석 장치는 굴뚝(300)에 직접 장착하여 인시츄(in-situ)한 방식으로 배출 가스를 직접 분석하는 것을 특징으로 한다.
전술한 내용은 후술할 고안의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 고안의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 고안의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 고안의 개념과 특정 실시예는 본 고안과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 본 고안에서 개시된 고안 개념과 실시예가 본 고안의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 고안의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.
이상과 같이, 본 고안은 종래 기술에 따른 적외선 측정기에서 일반적으로 사용되는 그레이팅(grating)과 슬릿(slit)을 사용하지 않으므로 검출기에 이르는 복사선의 양이 많다. 그 결과, 양호한 신호대 잡음비(S/N ratio)를 보일 수 있으며, 종래 기술에 따른 적외선 측정기보다 수십 배의 에너지 효율을 나타낸다.
본 고안에 따른 굴뚝 배출 가스 측정 장치는 높은 에너지 효율을 구비하기 때문에, 국내 소각로의 상당 부분을 차지하는 습식 소각 시스템(wet scrubber system) 등과 같이 오패시티(opacity)가 높아 측정이 용이하지 않은 굴뚝에 대해서도 탁월한 성능을 발휘할 수 있다.
또한, 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 분석 장치는 전파장의 적외선 영역을 동시에 측정함으로 인하여, 1회 측정에 소요되는 시간이 짧다. 그 결과, 적은 시간에 측정 회수를 증가시켜 S/N 비를 크게 개선할 수 있다. 즉, 일정 시간에 실시하는 특정 회수를 n이라 할 때에 S/N 비는 n에 비례하여 증가한다.
예를 들어, 분해능(resolution)이 동일한 스펙트럼을 한 번 측정할 때에 기존의 분산형 기기는 약 300초가 소요되고, 본 고안에 따른 측정 기기가 0.5초 걸린다고 가정하면, 본 고안에 따른 에프티아이알 분석 장치는 300초에 600번의 측정이 가능하므로 약 24배 이상의 S/N 비가 증가하는 효과가 있다.
또한, 본 고안에 따른 인시츄 에프티아이알 배출 가스 분석 장치는 광로차와 복사선의 세기로부터 인터페로그램을 얻어내고, 인터페로그램을 푸리에 변환 실시하여 스펙트럼의 주파수와 세기를 얻어내는 방식을 사용한다. 그 결과, 복사선의 광로차 정보를 제공하는 이동 거울의 움직임에 대한 정확한 인터페로그램을 얻음으로써 파장의 정확성을 높일 수 있다.
종래 기술에 따른 분산형 측정기의 분해능은 파수 및 측정 시간에 따라서 변하기 때문에, 일정한 분해능을 유지하는 것이 용이하지 않다. 반면에, 본 고안에 다른 에프티아이알 분석 장치의 경우는 분해능이 단지 인터페로미터 내에 있는 이동 거울의 거리에 의존하므로, 이동 거울의 속도가 일정하게 유지된다면 일정 분해능을 가질 수 있는데, 스캐너 내부의 이동 거울은 레이저에 의해 일정하게 제어되므로 항상 일정한 분해능을 유지하는 효과가 있다.
더욱이, 본 고안에 따른 에프티아이알 배출 가스 분석 장치는 모든 데이터가 디지털 신호 처리되므로 피크 위치 또는 강도에 변형으로 인한 에러 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 굴뚝에 부착하여 상기 굴뚝에서 배출되는 배출 가스의 성분을 인시츄하게 측정하는 분석 장치에 있어서,
    적외선 소스로부터 출력된 적외선 광을 빛살 분리기로 분리하여, 제1 적외선 빔은 선정된 지점과 지점 사이를 이동하는 이동 거울에 조사된 후 반사되어 상기 빛살 분리기로부터 분리된 제2 적외선 빔과 광로차를 지닌 채 평행하게, 분석하고자 하는 배출 가스에 조사되도록 진행시키는 스캐너;
    상기 스캐너로부터 출력된 상기 제1 적외선 빔과 상기 제2 적외선 빔이 분석하고자 하는 배출 가스를 통과한 후 상기 제1 적외선 빔과 상기 제2 적외선 빔의 미켈슨 간섭 인터페로그램 파형을 검출하는 광 검출기; 및
    상기 굴뚝에서 배출되는 가스를 통과한 후 부착 거울에 의해 반사되어 되 돌아 오는 상기 제1 적외선 빔과 상기 제2 적외선 빔의 검출 미켈슨 간섭 인터페로그램 파형을 상기 광 검출기로부터 입력받아 푸리에 변환하여 FT-IR 스펙트럼을 산출하여 상기 배출 가스의 종류와 농도를 분석하는 콘트롤러
    를 포함하는 배출 가스 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배출 가스 분석 장치는, 상기 스캐너로부터 출력되는 제1 적외선 빔 및 제2 적외선 빔이 상기 굴뚝 방향으로 도파하도록 안내하는 빔 파이프 유닛트를 더 포함하는 배출 가스 분석 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배출 가스 분석 장치는, 상기 스캐너로부터 출력되는 제1 및 제2 적외선 빔이 통과하는 통로에 위치하고, 상기 스캐너와 상기 굴뚝 사이에 구성되는 오딧트 셀을 더 포함하되, 상기 오딧트 셀은 캘리브레이션 시에는 내부 거울이 이동하여 상기 적외선 빔의 이동 경로에 위치하여 상기 오딧트 셀을 통과한 적외선 빔이 상기 굴뚝 내부로 진입하지 못하고 반사하여 상기 광검출기 방향으로 향하도록 제작되고, 상기 광 검출기에 측정되는 미켈슨 간섭 인터페로그램을 특정 가스에 대해 캘리브레이션하기 위하여 상기 특정 가스를 투입받는 것을 특징으로 하는 배출 가스 분석 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스캐너를 구성하는 이동 거울은 코너 큐브 거울로 구성됨을 특징으로 하는 배출 가스 분석 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배출 가스 분석 장치는 상기 스캐너 및 상기 광 검출기가 장착되는 광학 마운팅 플레이트를 상기 배출 가스 분석 장치를 하우징하는 캐비넷 바닥으로부터 가스 또는 공기를 이용하여 부유시킴으로써 외부 진동을 차단하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 분석 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 콘트롤러는 복수의 특정 배출 가스에 대한 캘리브레이션 스펙트럼 데이터를 구비하고, 측정된 FT-IR 스펙트럼의 세기와 주파수 특성을분석하여, 배출 가스의 종류와 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 분석 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 오딧트 셀은 캘리브레이션 수행 명령을 받는 경우, 내부 거울 이동시켜 상기 오딧트 셀을 통과한 후 진행하는 적외선 빔을 상기 굴뚝 내부로 입사되지 못하도록 반사시켜 상기 광 검출기로 향하도록 하고, 선정된 기간 동안 상기 오딧트 셀 내부로 퍼지를 위한 질소 가스를 투입하여 제로 데이터를 출력하고, 캘리브레이션을 위한 특정 가스를 상기 오딧트 셀에 투입하여 캘리브레이션 FT-IR을 산출하고, 다시 질소 가스를 투입시켜 정상 운전 모드로 복귀 시키는 것을 특징으로 하는 배출 가스 분석 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 배출 가스 분석 장치는 무선 모뎀을 이용하여 굴뚝에 설치된 상기 FT-IR 측정기 콘트롤러에서 계산한 측정 자료를 원격지의 출력 유닛트(PC)로 송신하거나 출력 유닛트(PC)로부터의 캘리브레이션 명령을 무선으로 수행 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 분석 장치.
KR2020010011546U 2001-04-23 2001-04-23 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 자동 측정 장치 KR200238976Y1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR2020010011546U KR200238976Y1 (ko) 2001-04-23 2001-04-23 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 자동 측정 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR2020010011546U KR200238976Y1 (ko) 2001-04-23 2001-04-23 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 자동 측정 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR200238976Y1 true KR200238976Y1 (ko) 2001-10-12

Family

ID=73099840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR2020010011546U KR200238976Y1 (ko) 2001-04-23 2001-04-23 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 자동 측정 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR200238976Y1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100776223B1 (ko) 2006-08-08 2007-11-16 에스피티씨주식회사 굴뚝먼지측정시스템
KR100989430B1 (ko) 2008-09-29 2010-10-26 동우옵트론 주식회사 인시츄 가스 측정 프로브의 오염방지 장치
KR101121552B1 (ko) 2011-12-23 2012-03-06 동우옵트론 주식회사 교정장치를 포함한 인시츄 가스 측정 장치
KR101623490B1 (ko) * 2014-11-27 2016-05-23 한국건설기술연구원 독성가스의 광범위 측정용 반사형 적외선 검출기를 이용한 가스 측정 장치 및 방법, 그리고 이를 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체
CN109552043A (zh) * 2018-12-26 2019-04-02 华北理工大学 采用近红外光酒精检测的汽车防酒驾装置以及防酒驾方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100776223B1 (ko) 2006-08-08 2007-11-16 에스피티씨주식회사 굴뚝먼지측정시스템
KR100989430B1 (ko) 2008-09-29 2010-10-26 동우옵트론 주식회사 인시츄 가스 측정 프로브의 오염방지 장치
KR101121552B1 (ko) 2011-12-23 2012-03-06 동우옵트론 주식회사 교정장치를 포함한 인시츄 가스 측정 장치
KR101623490B1 (ko) * 2014-11-27 2016-05-23 한국건설기술연구원 독성가스의 광범위 측정용 반사형 적외선 검출기를 이용한 가스 측정 장치 및 방법, 그리고 이를 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체
CN109552043A (zh) * 2018-12-26 2019-04-02 华北理工大学 采用近红外光酒精检测的汽车防酒驾装置以及防酒驾方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6396056B1 (en) Gas detectors and gas analyzers utilizing spectral absorption
US5451787A (en) Hazardous air pollutants monitor
US5877862A (en) Laser system for cross-road measurement of motor vehicle exhaust gases
Plane et al. Differential optical absorption spectrometer for measuring atmospheric trace gases
US20060262316A1 (en) System and method for interferometric laser photoacoustic spectroscopy
Chen et al. VCSEL-based calibration-free carbon monoxide sensor at 2.3 μm with in-line reference cell
US20170138846A1 (en) Method and system for reduction of influence of baseline distortion in absorption spectroscopy measurements
WO1999066311A9 (en) Infrared multiple gas analyzer and analysis
Lancaster et al. Real-time measurements of trace gases using a compact difference-frequency-based sensor operating at 3.5 μm.
CN1522363A (zh) 气体鉴别设备
US20060109470A1 (en) Measuring environmental parameters
KR200238976Y1 (ko) 인시츄 에프티아이알 굴뚝 배출 가스 자동 측정 장치
Mitra Mid-infrared spectroscopy and challenges in industrial environment
Kuehl et al. Dual-beam Fourier transform infrared spectrometer
Moffat et al. Electro-optical sensing of environmental pollutants
Müller et al. Improved strategies for quantitative evaluation of atmospheric FTIR spectra obtained in open‐path monitoring
CA2087439C (en) Ftir remote sensor apparatus and method
US11391667B2 (en) Laser gas analyzer
JPH0414298B2 (ko)
Xiao et al. Application of computerized differentiation technique to remote-sensing Fourier transform infrared spectrometry for analysis of toxic vapors
CA2997148C (en) Laser gas analyzer
d’Amato et al. Optical detection of ammonia inside a stack: Comparison of different techniques
Kagawa et al. Suppression of the etalon fringe in absorption spectrometry with an infrared tunable diode laser
Sotnikova et al. Performance analysis of diode optopair gas sensors
Griffiths et al. Open-path FT-IR spectrometry: is completely unattended operation feasible?

Legal Events

Date Code Title Description
REGI Registration of establishment
T701 Written decision to grant on technology evaluation
G701 Publication of correction
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20020708

Year of fee payment: 3

LAPS Lapse due to unpaid annual fee