KR20040095087A

KR20040095087A - 시료가스 고속 샘플링장치

Info

Publication number: KR20040095087A
Application number: KR1020030028690A
Authority: KR
Inventors: 이종화; 김우석
Original assignee: 학교법인대우학원
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2004-11-12
Also published as: KR100551586B1

Abstract

개시된 내용은 진공펌프 및 직경이 다른 모세관들을 조합하여 배기가스를 고속으로 샘플링하는 한편 측정부에서의 압력과 밀도를 일정하게 유도하여 유량을 일정하게 유지시킴으로써 측정오차를 현저히 감소시키는 시료가스 고속 샘플링장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 피대상물로부터 배기/배출가스가 유입되는 모세관의 전달관; 내부에 상기 전달관과 연결되며 상기 전달관의 직경보다 5배이상 큰 직경의 확장관을 구비하고, 상기 전달관으로부터 유입된 가스를 일정압으로 유도하는 일정압유지챔버; 상기 일정압유지챔버와 연결되어 외부기체를 상기 일정압유지챔버로 공급하여 챔버내의 압력을 일정하게 유지되게 하는 외기공급관; 상기 전달관으로부터 소정거리 이격된 상기 확장관내에 위치하여 상기 전달관으로부터 전달된 가스의 일부를 유입하기 위한 유입공들을 구비하고, 소정부위에 배치된 분석기를 향해 일정한 유량으로 샘플가스가 유동시키는 인출관; 상기 일정압유지챔버내의 가스를 외부로 방출하도록 연결되어, 상기 일정압유지챔버로부터 배출되는 가스량 및 압력을 조절하는 배출관; 및 상기 인출관 및 배출관의 후단에 연결되어 진공압을 형성함에 의해 관내로 가스가 유동하게 하는 진공펌프를 포함하여 이루어진다.

Description

시료가스 고속 샘플링장치{A FAST RESPONSE SAMPLING APPARATUS FOR OBTAINING SAMPLE GAS}

본 발명은 배기/배출가스의 성분 및 농도를 측정하기 위해 시료가스를 샘플링(sampling)하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직경이 다른 모세관들을 조합하여 가스전달부, 일정압유지부 및 인출부를 구성하고 장치후단부에 진공펌프를 장착하여 진공압력을 일정하게 유지시켜 줌으로써 배기가스를 고속으로 샘플링할 수 있게 하는 한편 측정부에서 압력과 밀도를 일정하게 유도하여 일정한 유량이 유지되게 함으로써 측정가스의 유량변동 및 압력변동에 민감한 측정에서 측정오차를 현저히 줄일 수 있게 하는 시료가스 고속 샘플링장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차, 건설기계 등에 사용되는 내연기관에서는 작동에 따라배기가스가 발생한다. 또한, 공장이나 폐기물처리시설 등의 산업시설에서 사용되는화석연료의 연소에 따라 발생한 배출가스도 배기가스와 유사한 유해물질이 포함되어 있다. 이러한 배기가스 및 배출가스는 수시로 성분 및 농도 등을 검출하여 기계의 성능을 향상시키고 환경오염을 방지하는 데이터로 활용하게 된다.

통상적으로 자동차는 실린더에서 연소된 배기가스를 대기중으로 방출하게 되는데, 이들 배기가스의 성분은 대개 인체에 무해한 수증기(H₂O) 및 질소(N₂) 그리고 탄산가스(CO₂)로 이루어져 있으나, 이 중에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)과 같은 인체에 해로운 유해가스도 포함되어 있다.

따라서, 배기가스의 배출경로상에는 배기가스 중에 포함되어 있는 유해성분을 감소시키기 위해 촉매컨버터나 배기가스순환장치 등을 설치함으로써 환경오염을 막기 위한 많은 노력이 진행되고 있다. 그러나, 이러한 노력에도 불구하고 미량의 유해가스가 배기가스중에 포함되어 있으므로, 각국별로 약간의 차이는 있으나 배기가스 중에 포함된 유해가스의 성분비를 법적으로 엄격히 규제하고 있다.

이러한 배기가스의 법적 규제는 자동차의 형식승인시에 행하는 배기가스 테스트와 사용중인 자동차의 계속검사시에 행하는 배기가스 테스트로 나눌 수 있다. 이 뿐만 아니라 엔진의 성능시험과 엔진개발 단계에서도 연구소 차원에서 이러한 실험이 행해지게 된다. 실험을 위해 배기가스를 채집하는 방법으로는 CVS 분석방식(Constant Volume Sampling dilution method)이 많이 사용되고 있다. 이에 대한개략적인 구성이 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 샤시 다이나모메터 위에서의 CVS실험과정을 보여주는 것으로서, 차량(10)의 배기구를 통해 나온 배기가스는 에어필터(20)로 유입된 희석공기와 혼합되어 장치의 입구와 출구의 압력차이에 의해 출구쪽으로 이동하게 된다. 이때, 관로중에 노출되어 있는 벤츄리관(22)에 의해 희석가스 중의 일부가 샘플링 백(24)으로 유입된다. 이 샘플링 백(24)은 하나 또는 다수개 설치가능하며, 샘플링 백(24)의 입구와 출구에는 입,출구밸브들(26,28)이 설치되어 샘플링 백(24)에 희석가스가 유입되면 입구밸브(26)를 폐쇄하고 출구밸브(28)를 열어 일정체적의 샘플링 백(24)에 채집된 희석가스를 분석기로 보내 성분별로 농도분석이 이루어지게 한다.

이 CVS 희석방식은 배기가스의 전량을 포집하여 분석하는 방식에 비해 배기가스에 포함된 증기가 응축되어 응축수로 되는 것을 막을 수 있으며, 배기가스 구성 성분간의 반응을 방지할 수 있는 장점을 지니고 있으나, 희석비율(dilution factor)에 따라 각 유해물질의 농도가 낮아지기 때문에 희석비율만큼 측정장치의 정밀도와 성능이 우수해야 한다는 단점을 갖고 있다. 또한, 가스가 일단 샘플링 백에 채집된 후 분석기로 보내져 분석되므로 시간지연이 발생하여 실시간 측정이 불가능하다.

다른 배출물 측정방법으로는 샘플링 장치를 부착한 연속측정 방법(continuous meaurement)이 있다. 이때 사용되는 샘플링장치는 연속측정 분석기의 전방에 설치되는데, 구체적으로는 배출가스의 경로 중에 샘플채취용프로브(probe)를 설치하고 진공펌프를 이용하여 분석기로 가스를 유입시켜 채취된 시료를 분석하는 구성을 채택하고 있다. 이 장치는 분석기의 전단에 배기가스 성분중에 포함된 수분을 5±1℃ 범위에서 제거하여 배기가스 농도분석 중에 발생될 수 있는 수분에 의한 영향을 최소화하게 된다. 이러한 연속측정시스템에 대해 도 2a 및 도 2b에 개시되어 있다.

도 2a는 연속측정시스템의 개략적인 구성을 보여주며, 도 2b는 도 2a에 도시된 샘플링장치의 구성을 상세하게 보여주는 도면이다. 이러한 장치는 엔진(30)으로부터 샘플링장치(40)까지 연결되는 약 7~8m의 연결관(42)과 1,2차 필터(44,46) 등을 거쳐 가스가 분석기(50)까지 도달하는데 약 1~3초 정도의 시간지연이 발생하게 된다. 따라서, 엔진(30)의 과도운전상태에서 발생되는 배기가스 중의 농도변화는 측정이 불가능하며, 가스 샘플링을 다소 빨리한다 하더라도 분석된 배기가스의 농도수치는 수 초이상의 시간동안 누적된 농도값이므로, 실시간 분석이 불가능하다.

이와 같이, 기존의 연속분석기의 샘플링장치(40)에서는 가스가 분석기(50)로 유입되기 전 가스통로에서 수분이 응결되어 분석기(50)에서 정확한 분석결과를 얻을 수 없을 뿐더러, 필터(44,46)와 응축기(48)를 사용하므로 분석시간이 상당히 지연되어 실시간으로 가스 성분 및 농도 측정은 불가능하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 직경이 다른 모세관들을 조합하여 가스전달부, 일정압유지부 및 인출부를 구성하고 장치단부에 진공펌프를 장착하여 압력을 일정하게 유지시켜 줌으로써 배기가스를 고속으로 샘플링할 수 있게 하는 한편 측정부에서 압력과 밀도를 일정하여 유도하여 일정한 유량이 유지되게 함으로써 측정가스의 유량변동 및 압력변동에 민감한 측정에서 측정오차를 현저히 줄일 수 있게 하는 시료가스 고속 샘플링장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명은 첨부하는 도면들을 참조하여 이루어질 것이며, 도면에서 대응되는 부분을 지정하는 번호는 같다.

도 1은 샤시 다이나모메터 위에서의 일반적인 CVS실험과정을 보여주는 개략도이고,

도 2a 및 도 2b는 일반적인 연속측정시스템의 개략적인 구성도 및 그 샘플링장치의 상세도이고,

도 3은 본 발명에 따른 시료가스 고속 샘플링장치의 구성을 보여주는 도면이고,

도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 일정압유지챔버의 구성을 상세하게 나타낸 사시도 및 그 가스분석기부분의 사시도이고,

도 5는 본 발명에서 전달관의 전단에 솔레노이드밸브를 설치하고 개폐하여 가스가 분석기까지 도달하는 시간을 측정한 도표이고,

도 6은 본 발명에서 일정압유지챔버의 작동원리를 설명하기 위한 도면이고,

도 7은 본 발명에서 분석기가 위치하는 측정점 D에서의 유량변화를 알아보기 위한 도면이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 샘플링장치 110 : 전달관

120 : 일정압유지챔버 122 : 확장관

130 : 인출관 132 : 조절밸브

134 : 유입공 136 : 측정부

140 : 진공펌프 150 : 배출관

160 : 외기공급관 162 : 공급제어밸브

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시료가스 고속 샘플링장치는 배기/배출가스의 성분 및/또는 농도를 측정하기 위한 분석기로 가스를 채취공급하는 가스 샘플링 장치에 있어서, 피대상물로부터 상기 배기/배출가스가 유입되는 모세관의 전달관; 내부에 상기 전달관과 연결되며 상기 전달관의 직경보다 5배이상 큰 직경의 확장관을 구비하고, 상기 전달관으로부터 유입된 가스를 일정압으로 유도하는 일정압유지챔버; 상기 일정압유지챔버와 연결되어 외부기체를 상기 일정압유지챔버로 공급하여 챔버내의 압력을 일정하게 유지되게 하는 외기공급관; 상기 전달관으로부터 소정거리 이격되고 상기 확장관내에 위치하여 상기 전달관으로부터 전달된 가스의 일부를 유입하기 위한 유입공들을 구비하고, 상기 유입공들을 통해 내부로 유입된 샘플가스를 일정한 압력과 밀도로 유도하여 일정한 유량을 유동하게 하되, 소정부위에 상기 분석기가 배치되어 내부를 유동하는 샘플가스를 분석하게 하는 인출관; 상기 일정압유지챔버내의 가스를 외부로 방출하도록 연결되어, 상기일정압유지챔버로부터 배출되는 가스량 및 압력을 조절하는 배출관; 및 상기 인출관 및 배출관의 후단에 연결되어 진공압을 형성함에 의해 관내로 가스가 유동하게 하는 진공펌프를 포함한다.

이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 시료가스 고속 샘플링장치의 구성을 보여주는 도면이고, 도 4a는 도 3에 도시된 일정압유지챔버내의 구성을 상세하게 나타낸 사시도이고, 도 4b는 가스분석기 측정부부분의 구조를 상세하게 나타낸 사시도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 샘플링장치(100)는 가스가 배출되는 피대상물의 배출부와 연결되어 가스를 전달하는 전달관(110)과, 이 전달관(110)에서 전달된 가스를 일정압으로 유지하게 하는 일정압유지챔버(120)와, 일정압유지챔버(120)로부터 분석기(200)로 가스를 인출공급하는 인출관(130)을 구비하고 있다. 인출관(130)의 출구단에는 진공펌프(140)가 연결되어 있으며, 일정압유지챔버(120)에는 또한 인출관(130)과 함께 진공펌프(140)에 연결된 배출관(150)이 마련되어 있다. 배출관(150)과 인출관(130)은 직경이 다르며, 배출관(150)이 인출관(130)보다 약 1.5~2배정도 크다. 예를 들어, 인출관(130)이 1mm라고 할 때 배출관(150)은 1.5~2mm정도의 크기를 갖는다. 이 배출관(150)과 인출관(130)의 후단은 하나로 결합되어 진공펌프(140)와 연결되는데, 하나로 결합된 관로상에는 유량(진공압)을 조절하기 위한 조절밸브(132)가 구비되어 있다. 따라서, 조절밸브(132)를 통해 인출관(130)과 배출관(150)의 출구측 진공압 조절이 가능하게 된다. 결과적으로, 조절밸브(132)를 통해 인출관(130) 후단부의 압력 P₂를 일정하게 유지할 수 있다. 이에 대해 좀더 구체적으로 부연설명하면, 인출관(130)과 배출관(150) 말단에 구비된 조절밸브(132)에 의해 인출관(130)과 배출관(150) 출구에는 진공펌프(140)로부터 동일한 진공압이 걸리게 된다. 이때, 진공압의 정도는 조절밸브(132)에 의해 임의로 설정이 가능하다. 이와 같이, 출구쪽에는 동일한 진공압력이 걸리지만, 인출관(130)과 배출관(150)의 직경 차이와 일정압유지챔버(120)로 공급되는 외기공급관(160)으로부터의 유량공급으로 인해 일정압유지챔버(120)의 압력과 측정부(136)의 압력에는 차이를 나타내게 된다. 즉, 일정압유지챔버(120)부분이 높고, 측정부(136)부분이 낮아서 이 압력의 차이로 P₁에서 P₂로 가스가 이동하게 된다.

일정압유지챔버(120)는 외기공급관(160)이 연결되어 외부에서 공기, 질소(N₂), 아르곤(Ar)등의 외부기체(외기)를 유입시켜 압력을 일정하게 유지시키게 된다. 이러한 일정압유지챔버(120)의 일정압력으로의 제어는 외기공급관(160)의 입구에 공급제어밸브(162)를 설치하여 외기공급관(160)을 통해 공급되는 외기의 양을 조정함으로써 이루어진다. 특히, 일정압유지챔버(120)에는 압력측정기가 장치되어 있어 챔버내의 압력이 기설정된 압력보다 낮거나 높으면 외기공급유량을 높이거나 낮추도록 제어되고, 이러한 조절은 외부에 마련된 콘트롤러(미도시)를 통해 공급제어밸브(162)를 제어하여 이루어진다. 위의 외기는 분석대상가스의 성분에영향을 미치는, 즉 농도측정에 영향을 미치는 가스를 배제한 가스면 족하다.

일정압유지챔버(120)내에는 전달관(110)과 직결된 확장관(122)이 수용되어 있으며, 이 확장관(122)내에는 전술한 인출관(130)이 진입되어 있다. 전달관(110)은 모세관으로 구성되며, 바람직하게는 직경 1mm내외의 모세관이 적합하다. 또한, 확장관(122)은 전달관(110)보다 약 5배이상 큰, 바람직하게는 직경 5~15mm정도의 관이 좋다. 따라서, 모세관인 전달관(110)에서 가스는 음속에 가까운 속도로 유동하고, 확장관(122)에 와서는 속도가 급격히 감소하고 압력은 안정화된다. 이 확장관(122)은 일정압유지챔버(120)의 중심상에 수평으로 설치되어 있는데, 일단은 일정압유지챔버(120)의 일측벽에 고정되고 타단은 개방되어 있다. 그에 따라서, 연결된 전달관(110)을 통해 확장관(122)으로 유입된 공기는 확장관(122)의 개방단을 통해 챔버내로 유동하면서 외기공급관(160)으로 유입된 외기와 혼합되어 챔버내의 압력은 설정압력으로 일정하게 유지된다. 이렇게 일정압이 유지된 대상가스는 배출관(150)으로 유동하는 동시에 확장관(122)내에 위치된 인출관(130)으로도 유입되어 분석기(200)를 향해 측정부(136)로 유동하게 된다. 이때, 인출관(130)은 전달관(110)으로부터 곧바로 가스가 유입되지 않도록 전달관(110)과 마주보고 있는 단부는 폐쇄되어 있고, 그 단부로부터 미소간격 이격한 외주면에 유입공(134)들이 천공되어 있다. 이 유입공(134)은 확장관(122)내에 위치하여 챔버내로 유입되는 외기가 유입공(134)으로 유입되지 않고 배출관(150)쪽으로만 가도록 되어 있으며, 유입공의 크기는 전달관(110) 직경의 1/5이하, 예를 들어 전달관 직경이 1mm일 경우 0.2mm이하로 하는 것이 좋다. 따라서, 확장관(122)을 유동하는 가스는유입공(134)들을 통해 인출관(130)의 측면으로 유입된다. 이때, 유입공(134)을 통해 유입되는 가스의 압력은 피토튜브(pitot tube)의 원리에 따라 챔버내의 압력과 동일한 압력이 되며, 진공펌프(140)와 근접한 인출관(130)단부쪽에 진공압이 걸리면서 유입공(134)부근에서의 압력과 차이가 발생하여 가스가 일정압유지챔버(120)로부터 인출관(130)으로 유입되게 된다. 이때, 유입공(134)으로의 가스이동은 확장관(122)으로 유입되는 샘플가스의 속도와는 무관하게 단순한 압력차이에 기인한 이동이다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

전술한 인출관(130)도 전달관(110)과 비슷한 직경의 모세관으로 설계되며, 유입공(134)은 내단부로부터 그 직경의 8배(8D)정도의 거리를 이격하여 형성되어 있으며, 확장관(122)에 진입된 인출관(130)의 내단부는 전달관(110)단부로부터 대략 인출관(130) 직경의 10배정도를 이격시키는 것이 바람직하다. 또한, 분석기(200)가 배치되는 측정부(136)는 분석기(200)의 측정허용 면적에 의존하며, 인출관(130) 직경보다 큰 범위에서 조절가능하고, 이부분의 조절에 의한 유동의 변화는 상당히 미미한 차이를 보인다. 바꿔 말하면, 유량이 일정하다면 측정부(136)의 단면적이 달라져도 그 부분에서의 속도변화는 있으나 인출관(130)을 흐르는 유량은 변화가 없게 된다.

예를 들어, 일정압유지챔버(120)의 압력(P1의 압력)이 0.2bar라면 인출관(130)출구의 압력(P2)은 이보다 약 1/10정도가 낮은 0.18bar가 되어 이 0.02bar의 압력차에 의해 분석기가 있는 점D로 샘플가스가 유입되게 된다. 특히,본 발명의 샘플링 장치에서 무엇보다도 중요한 것은 고속 유동은 전달관(110)내에서만 일어나고, 확장관(122)내에서는 속도가 급격히 감소하여 분석기(200)가 있는 측정부(136)에서의 유동은 충분히 안정적이고 연속적인 유동이 유지된다는 것이다.

특히, 본 장치는 전달관(110), 일정압유지챔버(120) 및 측정부(136) 중 적어도 어느 일측이상에 열원이 설치되어 온도를 100℃이상 유지시켜 가열함으로써 샘플가스 중에 포함되어 들어오는 수분에 의한 응축을 방지한다. 예를 들어, 가솔린 엔진 실험에서는 샘플가스 중 14%가 수분이므로 가스분석에 수분이 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 발명에서는 열원을 여러 곳에 장치하여 수분을 완전증발시켜 수분의 응축에 의한 문제를 배제시킨 상태에서 정확한 측정을 유도하고 있다. 이 열원의 작동은 장치에 마련된 제어부에 의해 제어된다.

도 5는 전달관의 전단에 솔레노이드밸브를 설치하고 개폐하여 가스가 분석기까지 도달하는 시간을 측정한 도표로, 보는 바와 같이 솔레노이드밸브를 개방시켰을 경우 솔레노이드밸브작동에 따른 지연시간 6ms를 제외하고 측정점 D에서 분석기가 농도변화를 인지할 수 있는 10%의 농도변화가 일어날 때까지의 소요시간이 7.5~8ms로 측정되었다. 이 소요시간은 분석기가 인지할 수 있는 10%정도의 농도변화시의 시간으로 가스가 처음으로 측정점까지 도달하는 시간은 이 시간보다 더 빠를 것으로 추정할 수 있을 것이다. 이와 같이, 본 샘플링장치는 모세관들을 조합하여 분석기까지 샘플가스를 신속하게 채집유동시킴으로써 신속한 샘플링이 가능하다.

도 6은 본 발명에서 일정압유지챔버와 인출관의 일정압 유지원리를 설명하기 위한 도면이다. 일반적으로 유체유동에서 압력이라 함은 총압력을 말하는데, 이러한 총압력은 정압(static pressure)과 동압(dynamic pressure)의 합으로 표현할 수 있다. 동압은 도 6에 도시된 피토튜브(Pitot tube)를 이용하여 총압력과 정압을 구하여 그 차로부터 얻을 수 있다. 베르누이 정리를 이용하여 유체의 속도를 구하면 다음과 같다.

(1)

위 식 (1)로부터

(2)

이 얻어진다.

위 식(2)에 알 수 있는 바와 같이, 정압(Ps)은 정압을 측정하는 위치에서의 속도와 무관하게 그것이 위치한 압력과 동일한 압력이 되는 것을 알 수 있다. 본 발명에 적용하면, 피토튜브(300)의 홀(310)과 동일한 원리가 적용되는 인출관의 유입공에서의 압력은 그것이 위치한 일정압유지챔버의 모든 지점에서와의 압력과 동일하게 된다.

도 7은 분석기가 위치하는 측정점 D에서의 유량변화를 알아보기 위한 도면으로, 이 도면에서 인출관(130)의 유입공(134)을 통해 유입되는 가스의 압력(정압)을 P₁, 점 D를 통과하여 측정되고 나가는 가스의 압력(진공압)을 P₂라고 설정하고 위 식(2)에 대입하여 출구로 나가는 속도 V₂를 구하면 다음과 같다.

(3)

유량은 다음식으로 표시되는데,

(4)

관내의 온도가 일정하다면 통과하는 유체의 밀도(ｐ)가 일정하고 단면적(A)이 일정하므로 정압 P₁이 일정한 상태에서 진공압 P₂만 일정하게 유지하면 위 식(4)에서 측정점 D을 지나는 유체의 유량(Q)은 일정하게 된다.

이제, 전술한 도면들을 참조하면서 본 발명의 작동원리에 대해 상세하게 설명한다.

자동차의 내연기관이나 연소장치 등의 피대상물로부터 배출가스가 전달관(110)으로 유입되면 모세관현상에 의해 음속에 가까운 엄청난 속도로 전달관(110)을 유동하게 된다. 가스가 전달관(110)을 빠져나와 일정압유지챔버(120)에 도달하면 전달관(110)보다 직경이 5배이상 큰 확장관(122)을 지나면서 속도는 급격히 감소하고, 속도가 급격히 감소된 상태에서 인출관(130)을 지나 외기공급관(160)으로부터 유입된 외부기체와 만나게 된다. 물론, 진공펌프(140)는 작동하여 전달관(110)으로 가스를 흡입하는 흡입력을 제공하며, 외기공급관(160)에 설치된 공급제어밸브(162)를 조절하여 압력을 설정압력으로 조절하게 된다. 확장관(122)내로 유입된 가스는 확장관(122)내에 위치한 인출관(130)의 유입공(134)들로 가스의 일부가 유입되고, 나머지는 챔버를 통해 배출관(150)으로 유동하여 배출되게 된다. 이때, 유입공(134)에서의 압력은 위의 피토튜브의 원리에서 설명했듯이 챔버내의 어느 위치에서와 동일한 압력이 되게 된다.

또한, 인출관(130)과 배출관(150) 말단에 구비된 조절밸브(132)에 의해 인출관(130)과 배출관(150) 출구에는 진공펌프(140)로부터 동일한 진공압이 걸리게 된다. 이와 같이, 출구쪽에는 동일한 진공압력이 걸리지만, 인출관(130)과 배출관(150)의 직경 차이와 외기공급관(160)으로부터 일정압유지챔버(120)로 유입되는 외기공급으로 인해 압력은 일정압유지챔버(120)부분이 높고 측정부(136)부분이 낮아서 이 압력의 차이로 결과적으로 P₁에서 P₂로 샘플가스가 이동하게 된다.

여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에 의해서만 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론,균등한 다른 실시예가 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 시료가스 고속 샘플링장치는 직경이 다른 모세관들을 조합하여 샘플가스를 분석기까지 고속으로 전달할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이에 의해, 실시간으로 가스분석을 행할 수 있다. 또한, 장치단부에 진공펌프를 장착하는 한편 외기공급관을 설치하여 외기량을 조절함에 의해 샘플가스압력을 일정하게 유지시켜 줌으로써 측정부에서의 압력과 밀도를 일정하게 유도하여 일정한 유량이 유지되게 하여 측정오차를 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다. 이와 같이, 측정오차를 제거하고 신속한 가스채집이 가능하여 측정속도와 측정정밀도가 향상되므로 궁극적으로 기기의 신뢰성을 증진할 수 있다.

Claims

배기/배출가스의 성분 및/또는 농도를 측정하기 위한 분석기로 가스를 채취공급하는 가스 샘플링 장치에 있어서,

피대상물로부터 상기 배기/배출가스가 유입되는 모세관의 전달관;

내부에 상기 전달관과 연결되며 상기 전달관의 직경보다 5배이상 큰 직경의 확장관을 구비하고, 상기 전달관으로부터 유입된 가스를 일정압으로 유도하는 일정압유지챔버;

상기 일정압유지챔버와 연결되어 외부기체를 상기 일정압유지챔버로 공급하여 챔버내의 압력을 일정하게 유지되게 하는 외기공급관;

상기 전달관으로부터 소정거리 이격되고 상기 확장관내에 위치하여 상기 전달관으로부터 전달된 가스의 일부를 유입하기 위한 유입공들을 구비하고, 상기 유입공들을 통해 내부로 유입된 샘플가스를 일정한 압력과 밀도로 유도하여 일정한 유량을 유동하게 하되, 소정부위에 상기 분석기가 배치되어 내부를 유동하는 샘플가스를 분석하게 하는 인출관;

상기 일정압유지챔버내의 가스를 외부로 방출하도록 연결되어, 상기 일정압유지챔버로부터 배출되는 가스량 및 압력을 조절하는 배출관; 및

상기 인출관 및 배출관의 후단에 연결되어 진공압을 형성함에 의해 관내로 가스가 유동하게 하는 진공펌프를 포함하는 시료가스 고속 샘플링장치.
제 1항에 있어서, 상기 유입공은 상기 인출관 선단으로부터 인출관 외경의 8배이상의 거리를 떨어지되, 상기 인출관의 외주면을 일주하며 적어도 2개이상 형성되는 것을 특징으로 하는 시료가스 고속 샘플링장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 인출관에는 후방부쪽에 상기 분석기가 위치하여 보다 안정된 가스측정이 가능하도록 적어도 상기 인출관의 평균직경이상의 직경을 갖는 측정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 시료가스 고속 샘플링장치.
제 1항에 있어서, 상기 인출관 및 상기 배출관의 후단과 상기 진공펌프 사이에는 상기 인출관 후단의 압력(진공도)을 제어하기 위한 조절밸브를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 시료가스 고속 샘플링장치.
제 1항에 있어서, 상기 일정압유지챔버의 소정부위에는 압력측정기가 장치되며, 상기 압력측정기에서 검출된 압력값에 의해 제어되어 상기 외기량을 조절하여 상기 일정압유지챔버내의 압력을 일정하게 유지되게 하는 공급제어밸브가 상기 외기공급관의 입구에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 시료가스 고속 샘플링장치.
제 1항에 있어서, 상기 전달관 및/또는 상기 일정압유지챔버 및/또는 상기 인출관의 소정부위에는 수분의 응축을 방지하는 열원이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 시료가스 고속 샘플링장치.