KR20030095482A - 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 굴뚝가스시료 채취장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 가스시료 유입장치와 가스시료 포집장치의 사이에 가스시료 희석장치를 설치하여 가스시료를 대기조건에 유사한 상태로 만들어 오염물질의 측정을 더욱 정밀하게 할 수 있도록 한 희석을 이용한 굴뚝가스시료 포집장치에 대한 것이다. 이를 위해 굴뚝(1)내의 일측에 설치되며 가스시료(4)가 유입되는 채취관(11)을 갖는 가스시료 유입장치(10); 상기 가스시료(4)와 외부공기(3)의 혼합이 이루어지는 상기 희석실 (21), 상기 희석실(21)로 상기 외부공기(3)가 유입되는 통로인 제1흡입관(23), 및 상기 외부공기(3)를 상기 희석실(21)로 공급하는 제1송풍기(22)로 이루어지는 가스시료 희석장치(20); 상기 희석실(21)과 연통되어 희석공기(5)의 오염물질을 포집하는 시료 포집장치(40); 및 상기 희석실(21) 및 상기 시료 포집장치(40)와 각각 연통되고, 제2송풍기 (50)를 구비한 배기장치(55)를 포함하여 이루어지는 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치가 제공된다.

Description

희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치{STACK GAS SAMPLER USING DILUTION}
본 발명은 굴뚝가스시료 채취장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 가스시료유입장치와 가스시료 포집장치의 사이에 가스시료 희석장치를 설치하여 가스시료를 대기조건에 유사한 상태로 만들어 오염물질의 측정을 정밀하게 할 수 있도록 한 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치에 대한 것이다.
산업이 발달함에 따라 환경의 오염이 심각해지고, 대기오염의 심각성을 인식한 정부 및 국제기구들이 대기오염물질의 배출에 대한 기준을 제시하고 각국에 이의 준수를 요구하고 있는 실정이다.
따라서 우선적으로 각종 산업체가 배출하는 대기오염물질의 시료를 채취하고 분석하여 대기오염물질의 배출에 대한 기준을 충족시키는지 여부를 검사하여야 한다.
이러한 필요에 부응하여 각종 오염물질 측정 및 분석장치가 개발된 실정이며, 산업체의 굴뚝에서 배출되는 배기가스의 시료를 정확하고 효율적으로 채취할 수 있는 장치가 다수 개발되었다.
굴뚝을 통하여 배출되는 대부분의 배기가스는 100도 이상이며 여러 종류의 유기물질이 가스상태로 존재하고 있으며, 이러한 유기물질들이 대기 중으로 배출되는 경우 급속히 응축되어 입자상 오염물질로 전환된다.
종래의 굴뚝가스 시료 채취장치는, 고온의 배기가스가 굴뚝을 통하여 배출되는 동안에 냉각을 방지하기 위한, 열선이 장착된 채취관을 통해 가스시료를 채취하고 필터링하여 가스시료내의 오염물질을 포집하였다.
그러나, 기존의 굴뚝가스 시료 채취장치는 배기가스가 고온인 상태에서 가스시료를 포집하였으므로, 이러한 유기물질의 응축으로 생성된 오염물질을 포집할 수없어 오염물질 측정의 정확성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 가스시료 유입장치와 가스시료 포집장치의 사이에 가스시료 희석장치를 설치하여 가스시료를 대기조건에 유사한 상태로 만들어 오염물질의 측정을 더욱 정밀하게 할 수 있도록 한 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 굴뚝(1)내의 일측에 설치되며 가스시료(4)가 유입되는 채취관(11)을 갖는 가스시료 유입장치(10); 상기 가스시료(4)와 외부공기(3)의 혼합이 이루어지는 상기 희석실 (21), 상기 희석실(21)로 상기 외부공기(3)가 유입되는 통로인 제1흡입관(23), 및 상기 외부공기(3)를 상기 희석실(21)로 공급하는 제1송풍기(22)로 이루어지는 가스시료 희석장치(20); 상기 희석실(21)과 연통되어 희석공기(5)의 오염물질을 포집하는 시료 포집장치(40); 및 상기 희석실(21) 및 상기 시료 포집장치(40)와 각각 연통되고, 제2송풍기 (50)를 구비한 배기장치(55)를 포함하여 이루어지는 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치에 의해 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기 채취관(11)에는 복수개의 측정관(14)이 형성되며 유량을 측정하는 마노미터(12)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기 채취관(11) 내부의 벤튜리(13)의 일측으로 개폐면적을 조절하여 유량을 조절하기 위한 유량조절바(17)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기 희석실(21)에는 압력 및 온도를 측정하기 위한 압력센서(27) 및 온도센서(28)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기 가스시료 희석장치(20)는 상기 희석실(21)로 유입하는 상기 외부공기(3)의 유로를 개폐하는 제1밸브(25), 제1밸브 제어장치(26), 상기 외부공기(3)의 오염물질을 걸러주는 필터(24)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 그밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치의 동작흐름도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치의 채취관을 나타낸 측면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치의 희석실을 나타낸 단면도이다.
* 주요 도면 부호의 설명 *
1:굴뚝4:가스시료
5:희석공기11:채취관
12:마노미터21:희석실
25:제1밸브26:제1밸브 제어장치
40:시료 포집장치
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 희석을 이용한 굴뚝시료 채취장치의 구성에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치의 동작흐름도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치의 채취관을 나타낸 측면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 굴뚝시료 유입장치(10)는 채취관(11), 압력측정기인 마노미터(12)로 구성된다. 채취관(11)은 굴뚝(1)을 흐르는 배기가스(2)의 흐름에 수직하게 설치되며, 직경이 1/2인치인 스테인레스 스틸관으로 이루어져 있다. 채취관(11)의 주위에는 가스시료(4)가 유입되는 과정에서 응축되는 것을 방지하기 위해 열선(15)이 설치되어 있다.
채취관(11)의 일측에는 채취관(11)을 흐르는 가스시료(4)의 압력측정을 위해마노미터(12)로 연결되는 2개의 측정관(14)이 형성되어 있고, 상기 2개의 측정관(14)에 마노미터(12)가 연결되어 채취관(11)내의 압력을 측정하고, 측정한 압력값을 토대로 가스시료(4)의 유량을 산출한다.
채취관(11)에 형성된 상기 2개의 측정관(14) 사이에는 벤튜리(13)가 형성되어 있고, 벤튜리(13)의 일측으로 모터(41)에 장착된 리드스크류(미도시)에 연결된 유량조절바(17)가 설치되어 있다. 유량조절바(17)는 벤튜리(13)의 직경을 조절하여 희석실(21)로 유입되는 가스시료(4)의 유량을 조절한다.
공기희석장치(20)는 희석실(21), 제1밸브(25), 제1밸브 제어장치(26), 필터(24) 및 제1송풍기(22)로 구성된다.
제1송풍기(22)는 굴뚝(1) 배출구 주위에 설치되어 굴뚝(1) 배출구 주위의 외부공기(3)를 희석실(22)로 보내는 역할을 한다. 필터(24)는 제1송풍기(22)와 제1밸브(25) 사이에 설치되어 희석실(21)로 유입되는 외부공기(3)의 오염물질을 걸러주는 역할을 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치의 희석실을 나타낸 단면도이다. 도1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 희석실(21)은 일정용적의 내부공간이 형성된 용기이며 재질은, 부식이나 시료의 화학반응을 최소화 하기 위하여, 스테인레스 스틸로 이루어진다. 희석실(21)의 내부의 일측에는 압력센서(27), 온도센서(28)가 구비되어 있다. 희석실(21)은 희석가스(5)가 유입되는 제1흡입관(23)을 구비하며 시료 포집장치로 연결되는 제1배출관(29) 및 배기장치 (55)로 연결되는 제2배출관(31)이 형성되어 있다.
제1밸브(25)는 유로를 개폐함으로써 제1송풍기(22)로부터 희석실(21)로 유입되는 외부공기(3)의 유량을 조절하기 위한 것으로서, 제1송풍기(22)와 희석실(21)을 연결하는 제1흡입관(23)의 합류점(18) 이전에 설치된다.
제1밸브 제어장치(26)는 PID 컨트롤러로서, 희석실(21)의 압력센서(27) 및 제1밸브(25)에 연결되어 있으며, 희석실(21)의 측정압력값에 따라서 제1밸브(25)의 개폐를 제어한다.
압력센서(27)는 희석실(21)의 일측에 구비되며 제1밸브 제어장치(26)에 연결되어 있다. 압력센서(27)는 희석실(21)내의 압력값을 측정하여 제1밸브 제어장치(26)에 측정압력값을 보내고, 제1밸브 제어장치(26)는 측정압력값을 외부기압과 비교하여 제1밸브(25)의 개폐를 조절함으로써, 희석실(21)의 압력을 외부기압과 동일하게 유지시킨다.
온도센서(28)는 벤튜리 제어기(35)에 연결되며 희석실(21)의 측정온도값을 벤튜리 제어기(35)로 전달한다. 벤튜리 제어기(35)는 PID 컨트롤러로서, 희석실(21)의 온도를 외부공기(3)의 온도와 일치시키기 위해 벤튜리(13)의 유로의 면적을 조절함으로써 희석실(21)로 유입되는 가스시료(4)의 유량을 조절한다.
시료 포집장치(40)는 먼지 등의 입자를 포집하기 위해 통상 사용되는 것으로써, 싸이클론(미도시) 및 진공펌프(미도시)를 포함한다. 진공펌프(미도시)가 희석실(21)의 희석가스(5)를 흡입하면 싸이클론(미도시)의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해서, 공기와 오염물질의 입자가 분리되게 되며 분리된 오염물질은 오염물질 분석기(미도시)로 유입된다.
배기장치(55)는 시료 포집장치(40) 및 희석실(21)에 연결되어, 시료 포집장치(40) 및 희석실(21)로부터의 희석가스(5)를 배기하기 위한 것으로서, 배기를 위한 제2송풍기(50)를 구비하며 제2배출관(31)에 설치된 유량계(51)는 희석가스(5)의 배기유량을 측정하여 희석배율을 산출한다.
이하에서는 본 발명에 따른 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치의 동작방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치의 동작흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 굴뚝(1)을 통해서 배출되는 배기가스 (2)의 일부는 굴뚝(1)의 일측에 설치된 채취관(11)을 통해 굴뚝가스시료 유입장치로 유입된다.
채취관(11)으로 유입된 가스시료(4)는 벤튜리(13)를 통과하며, 벤튜리(13)의 양측에 형성된 2개의 측정관(14)에 연결된 마노미터(12)에 의해 2개의 측정관(14) 사이의 압력차가 측정된다. 베르누이 정리에 의하여 상기 압력차의 값으로 유속을 산출하고 그 결과 유량을 산출하게 된다.
채취관(11)을 통과한 가스시료(4)는 제1흡입관(23)의 일측에 형성된 합류점 (18)에서 외부공기(3)와 만나게 된다.
한편, 굴뚝(1) 주위에 설치된 송풍기(22)를 통하여 외부공기(3)가 굴뚝가스시료 채취장치내로 유입되게 된다. 유입된 외부공기(3)는 필터(24)를 거치면서, 오염물질이 걸러지고 깨끗한 공기가 제1흡입관(23)으로 유입한다. 제1흡입관(23)을 흐르는 외부공기(3)는 제1밸브(25)를 지나서 합류점(18)에서 가스시료(4)와 섞이고가스시료(4)는 희석되게 된다.
합류점(18)에서 가스시료(4)와 외부공기(3)가 혼합되어 만들어진 희석가스 (5)는 희석실(21)로 유입된다. 희석실(21)로 유입된 희석가스(5)는 열평형에 의해 냉각, 응축이 되면서 실제 대기조건과 유사하게 된다.
희석실(21)은 굴뚝(1) 주위의 외부공기(3)와 압력 및 온도를 일치시키기 위해 압력센서(27) 및 온도센서(28)를 구비하고 있다.
희석가스(5)가 유입된 희석실(21)의 측정압력이 외부의 대기압보다 높은 경우에는, 제1밸브 제어장치(26)가 제1밸브(25)를 폐쇄하여 희석실(21)로 외부공기(3)가 유입하는 것을 차단하여 희석실(21)내의 압력을 감소시키게 된다. 희석실(21)내의 압력이 대기압보다 낮은 경우에는 제1밸브 제어장치(26)가 제1밸브(25)를 개방하여 희석실(21)로 외부공기(3)를 유입시키고 희석실(21) 내부의 압력은 증가하게 된다.
한편, 희석실(21)의 측정온도가 외부의 대기온도보다 높은 경우에는 유량조절바(17)를 벤튜리(13)로 접근시킴으로써 벤튜리(13)의 직경을 감소시켜 고온의 가스시료(4)의 유입량을 감소시킴으로써 희석실(21) 내부의 온도를 외부의 대기온도와 같게 유지할 수 있다.
상기한 바와 같이 희석실(21) 내부의 압력 및 온도를 외부의 대기압과 일치시키는 것은, 굴뚝(1)에서 외부로 배출된 배기가스(2)가 대기의 조건에서 생성하는 오염물질과 동일한 오염물질을 생성하도록 하여 측정의 정밀을 기하기 위함이다.
희석실(21)의 희석가스(5)는 시료 포집장치(40)의 진공펌프(미도시)에 의해싸이클론(미도시)으로 흡입되며, 싸이클론(미도시)의 회전에 의해 공기와 오염물질이 분리되고 오염물질은 오염물질 분석기(미도시)로 유입된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 제1송풍기(22)로부터 희석실(21)로 연결되는 제1흡입관(23)에 유량계를 설치하지 않았으나, 본 발명은 이에 한하지 않고 제1흡입관에 유량계(미도시)를 설치하여 외부공기 유입량을 직접 측정하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 시료 포집장치(40)를 싸이클론과 진공펌프만으로 구성하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 시료 포집장치에 유량조절기(미도시)를 더 포함하여 오염물질의 직경에 따라 유량을 변화시키는 것도 가능하다.
상기한 구성의 본 발명에 따른 희석을 이용한 굴뚝가스시료 포집장치에 따르면, 가스시료를 배출구 주변의 공기를 이용하여 희석시킴으로써 가스시료의 온도와 압력을 배출구 주변의 대기상태로 유지하기 때문에 배출가스의 입자상 오염물질 배출량을 보다 정확하게 포집할 수 있다.
또한, 가스시료가 희석실로 유입되기 전에 응축되어 포집장치에 도달하지 못하는 것을 방지하기 위해, 채취관에 열선을 장착함으로써 가스시료에 포함된 대기오염물질을 놓치지 않고 측정할 수 있는 장점이 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (5)

  1. 굴뚝(1)내의 일측에 설치되며 가스시료(4)가 유입되는 채취관(11)을 갖는 가스시료 유입장치(10);
    상기 가스시료(4)와 외부공기(3)의 혼합이 이루어지는 상기 희석실 (21), 상기 희석실(21)로 상기 외부공기(3)가 유입되는 통로인 제1흡입관(23), 및 상기 외부공기(3)를 상기 희석실(21)로 공급하는 제1송풍기(22)로 이루어지는 가스시료 희석장치(20);
    상기 희석실(21)과 연통되어 희석공기(5)의 오염물질을 포집하는 시료 포집장치(40); 및
    상기 희석실(21) 및 상기 시료 포집장치(40)와 각각 연통되고, 제2송풍기 (50)를 구비한 배기장치(55)를 포함하여 이루어지는 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 채취관(11)에는 복수개의 측정관(14)이 형성되며 유량을 측정하는 마노미터(12)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 채취관(11) 내부의 벤튜리(13)의 일측으로 유로면적을 조절하여 유량을 조절하기 위한 유량조절바(17)를 더 구비하는 것을특징으로 하는 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 희석실(21)에는 압력 및 온도를 측정하기 위한 압력센서(27) 및 온도센서(28)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 가스시료 희석장치(20)는 상기 희석실(21)로 유입하는 상기 외부공기(3)의 유로를 개폐하는 제1밸브(25), 제1밸브 제어장치(26), 상기 외부공기(3)의 오염물질을 걸러주는 필터(24)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치.
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