KR20060006410A - 디젤 광투과식 매연측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개량된 디젤 광투과식 매연측정기에 관한 것으로서 종래 저온에서 디젤엔진을 사용하는 자동차 등의 매연을 측정할 때 결로현상 등으로 인하여 정확한 매연농도가 측정되지 않는 단점을 개선하기 위한 것으로서 본 발명은 디젤엔진의 배기관에서 배출되는 배기가스의 매연농도를 측정하기 위하여 배기관에 삽입하는 샘플링 프로브를 가지는 샘플링 라인과, 상기 샘플링라인의 출구에 연결되는 배기가스와 광선이 통과하는 측정실, 상기 측정실 양측에 설치된 발광부와 수광부가 오염되지 않도록 오염방지공기를 공급하는 요염방지공기공급팬과 상기 팬에서 공급된 오염방지공기가 공입되는 오염방지공기 공급관이 설치된 오염방지공기공급기로 구성된 광투과식 매연측정기에 있어서, 상기 샘플링라인에는 상기 배기관에서 배출되는 배기가스가 유입될 때 이슬이 맺히지 않도록 제1 온도센서가 형성되어 있고, 상기 샘플링 라인 및 상기 측정실에는 제1 가열기가 설치되어 있고, 오염방지공기공급관에는 상기 오염방지공기공급팬으로부터 유입된 외기의 온도를 측정하는 제2 온도센서와, 상기 유입된 외기가 일정한 온도로 가열될 수 있도록 가열하는 제2 가열기가 형성되어 있으며, 상기 제1 제2 온도센서로부터 측정된 온도를 바탕으로 상기 제1 제2 가열기의 온도를 제어하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명을 통해 정확한 배기가스의 매연을 측정할 수 있게 된다.

샘플링라인, 가열, 디젤엔진, 배기가스측정

Description

디젤 광투과식 매연측정기{LIGHT-EXTINCTION TYPE DIESEL SMOKE METER}

도 1은 종래의 디젤 광투과식 매연측정기를 도시한 것

도 2는 개량된 디젤 광투과식 매연측정기를 도시한 것

도 3은 본 발명에 의한 디젤 광투과식 매연측정기의 일 실시예를 도시한 것

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부의 구조

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 격벽의 구조를 도시한 것

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 배기관 말단 2 : 샘플링 프로브

3 : 샘플링 라인 4 : 측정실

5 : 측정실의 가열기와 온도센서 6 : 발광부

7 : 발광부 렌즈 8 : 수광부 렌즈

9 : 수광부 10 : 오염방지공기 공급용 팬

11 : 마이크로컨트롤러 12 : 측정값 지시부

13 : 배기관 말단 14 : 샘플링 프로브

15 : 샘플링라인 16 : 샘플링 라인의 가열기

17 : 온도센서 18 : 측정실

19 : 측정실의 가열기와 온도센서 20 : 발광부

21 : 수광부 22 : 오염방지공기 공급용 팬

23 : 오염방지공기 가열용 가열기와 온도센서

24 : 마이크로컨트롤러 25 : 측정값 지시부

31 : 배기관 말단 32 : 샘플링 프로브

33 : 샘플링라인 34 : 제 1 가열기

35 : 제 1 온도센서 36 : 측정실

37 : 제 2 가열기 38 : 오염방지공기 공급관

39 : 발광부 40 : 수광부

41 : 오염방지공기 공급팬 42 : 제 2 온도센서

43 : 토출구 44 : 외기 유입구

51 : 단열재 52 : 가열기

61 : 격벽 62 : 투광공

본 발명은 자동차 특히 디젤엔진을 내연기관으로 사용하는 자동차의 배기가스의 매연을 측정하기 위한 디젤 광투과식 매연측정기에 관한 것으로서, 더욱 상세 하게는 자동차의 배기가스의 오염도를 측정하기 위하여 배기관에 연결하여 대기중으로 배출되는 배기가스를 채집하여 그 배기가스에 포함되어 있는 매연을 측정하기 위한 것이다.

통상적으로 자동차에서는 실린더에서 연소되는 연소가스를 대기중으로 방출하게 되는데 이들 연소가스의 성분은 대개 수증기 및 질소 그리고 탄산가스이나 그중에는 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물 등의 유해성분이 포함되어 있는 것이 일반적이다.

이러한 유해가스를 측정하기 위한 장치들은 오래전부터 고안되어왔으나 특히 1990년대 초부터 여과식 매연측정기의 경우 측정오차가 큰 문제 등 신뢰성이 부족한 문제가 제기되어 이를 해결하기 위한 광투과식 매연측정기가 표준 측정장비로 보급되고 있다. 이러한 광투과식 매연 측정기는 기존의 여지 반사식으로는 측정할 수 없었던 자동차 배출가스에 함유되어 있는 모든 입자성 물질의 농도를 측정할 수 있는 장비를 말한다.

도 1은 이러한 종래의 광투과식 매연측정기를 도시한 것으로 샘플링 프로브(2), 샘플링라인(3), 측정실(4), 광학부(6. 9), 오염방지공급용 팬(10) 및 유로, 마이크로컨트롤러(11), 측정값 지시부(12), 및 프린트 등으로 구성되어 있다. 자동차의 배기관 끝에 삽입된 샘플링프로브의 입구로부터 유입된 배기가스는 샘플링라인을 거쳐 측정실의 중앙으로 유입된다, 유입된 배기가사는 측정실의 양단의 출구를 통해 외기로 빠져 나간다. 이때 광학부의 발광부에서 조사된 광선은 배기가스를 통과한 후 수광부에 도달하여 광량에 비례하는 전기적인 신호로 검출된다. 배기가스를 통과하는 광선은 배기가스 중의 매연에 흡수되거나 산란되고 남은 양만 수광부에 도달한다. 이 양은 매연의 농도에 비례하여 감소하므로 매연의 농도를 특정하는 정량적인 방법으로 채택되었다. 그런데 상기 발광부(6)에서 평행광선을 만들어주는 렌즈(7)와, 수광부(9)에서 집광기능을 갖는 렌즈(8)의 한쪽 면은 배기가스에 노출되어 오염될 수 있다. 이렇게 렌즈가 오염될 경우 조사된 광량과 수광부에 도달한 광량이 변동되어 실제 매연농도를 측정할 수 없게 되므로, 팬등을 이용하여 오염방지공기를 렌즈 앞으로 공급하여 렌즈의 오염을 방지하도록 설계되어 있는 것이 일반적이다.

그런데 이러한 종래의 측정기는 모두 대기의 온도가 영하로 떨어질 경우 정확한 매연측정이 어렵다는 단점이 있었다. 즉, 상기 샘플링라인을 따라 측정실로 배기가스가 유입되는 동안 영하의 외기조건에 노출된 샘플링라인에서 수분의 응축이 발생하고, 이렇게 응축된 수분이 측정실로 유입되어 발광부 및 수광부의 렌즈를 오염시키게 되거나 또는 영하의 외기 조건에서 측정할 경우 유입되는 차가운 외기와 고온의 배기가스가 혼합되는 지점에서 안개가 형성되고, 이러한 안개가 렌즈를 오염시키고 나아가 상기 발광에서 조사되는 빛을 방해하여 결과적으로 정확한 매연농도의 측정을 방해하게 되기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 도 2에서와 같은 발명이 제안되었다.

도 2는 대한민국 등록특허 제181852호에서 제안된 방식으로서, 상기 종래의 광투과식 매연측정기의 단점을 해소하기 위한 것으로, 오염방지공기 공급기구에 가열기를 설치하고 가열기의 출구에 온도센서를 설치하여 이를 이용한 피드백 제어를 통하여 오염방지공기의 온도를 최적의 온도로 가열하여 공급하는 것을 특징으로 하고 있다. 이렇게 가열된 공기는 팬을 통해 공급되는 바, 결과적으로 그 제어는 팬의 속도에 의하여 팬에 의해 공급되는 공기의 양이 제어되는 방식을 통해 이루어진다.

그런데 이러한 방식의 단점은, 투입되는 오염방지공기의 제어가 팬에 의해 이루어지게 되므로 정밀한 제어가 되지 않는다는 점에 있다. 즉, 상기 샘플링 라인을 통해 측정실로 유입되는 공기는 일정한 풍속 이상의 오염방지공기에 의해 원활하게 외부로 토출되는데 발광부와 수광부 렌즈 부근에서 안개가 생기지 않게 하기 위하여 외기의 온도를 가열기에서 높여서 팬의 속도에 의해 제어를 하게 될 경우 팬의 회전속도가 낮게 될 경우 오염방지공기 공급관 내부의 유속이 느려져 외부로 토출되는 배기가스 및 오염방지공기의 혼합기가 원활하게 토출되지 않고 따라서 정확한 매연의 측정이 어렵다는 문제가 있는 것이다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 측정실로 유입되어 토출되는 공기와 외부로부터 유입되는 오염방지공기가 만나면서 그 온도차로 인하여 안개현상이 발생함으로서 정확한 매연의 측정을 방해하는 것을 방지하는데 그 일차적 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 유입되는 배기가스가 일정한 속도로 토출되도록 함으로서 정확한 매연의 측정을 가능하게 하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 발광부와 수광부가 배기가스로 인해 오염되어 정확한 측정을 방해하는 것을 방지하는데 있다.

기타 본 발명의 다른 목적들은 상술하는 실시예를 통해 알 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

배기관(31)에 삽입하는 샘플링 프로브(32)를 가지는 샘플링 라인(33);과,

상기 샘플링라인의 출구에 연결되는 배기가스와 광선이 통과하는 측정실;과,

상기 측정실 양측에 설치된 발광부(39)와 수광부(40)가 오염되지 않도록 오염방지공기를 공급하는 요염방지공기공급팬(41)과 상기 팬에서 공급된 오염방지공기가 공입되는 오염방지공기 공급관(38)이 설치된 오염방지공기공급기;

로 구성된 광투과식 매연측정기에 있어서,

상기 샘플링라인에는 배기관에서 배출되는 배기가스의 온도를 측정하는 제1 온도센서(35)가 형성되어 있고,

상기 샘플링라인과 상기 측정기 외벽에는 제1 온도센서에서 측정한 온도에 따라 상기 유입된 배기가스가 통과하면서 이슬이 발생하지 않도록 외벽을 가열하는 제1 가열부(34)와,

상기 오염방지공기공급관에는 상기 오염방지공기공급팬으로부터 유입된 외기가 일정한 온도로 가열될 수 있도록 가열하는 제2 가열부(37)가 형성되어 있으며,

상기 제1 온도센서로부터 측정된 온도를 바탕으로 상기 제1 제2 가열부의 온도를 제어하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1가열부 및/또는 제2가열부의 구조는 외벽을 둘러싸고 있어 흡입되는 공기를 가열할 수 있는 가열기(52)와 상기 가열기의 열이 손실되지 않도록 가열기를 둘러싸고 있는 단열재(51)로 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 발광부와 수광부의 오염을 방지하기 위하여 발광부와 수광부 전면에 격벽(슬릿 ; SLIT ; 61)설치하고 상기 격벽 중앙에는 발광부에서 발광하는 빛이 투과되어 수광부로 전달될 수 있도록 투광공(62)하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 광투과식 매연측정기의 일 실시예를 도시한 것으로 자동차의 배기관(31) 내부로 투입되는 샘플링프로브(32)와 상기 샘플링프로브로부터 채집된 배기가스가 유입되는 샘플링라인(33), 그리고 상기 샘플링라인으로 유입된 배기가스의 매연농도가 측정되는 측정실(36), 상기 측정실 양측에 설치된 발광부(39) 렌즈와 수광부(40) 렌즈, 렌즈오염방지용 외기를 강제로 투입하는 오염방지공기공급팬(41), 상기 오염방지공기공급팬에서 유입된 외기가 유입되는 오염방지공기공급관 (38); 상기 오염방지공기공급관에서 유입되는 외기와 상기 샘플링프로브에서 투입된 배기가스가 토출되는 토출구(43)로 구성된다.

상기 샘플링라인 및 측정실에는 제1 온도센서와 제 1 가열부가 형성되어 있어, 샘플링 프로브로부터 유입된 배기가스의 온도에 따라 제1 가열부의 온도를 조절하여 상기 유입된 배기가스가 샘플링라인과 측정실을 통과할 때 결로현상이 생기지 않도록 한다.

또한 상기 오염방지공기 공급팬(41)으로부터 유입되는 외기가 오염방지공기공급관(38)을 통과하면서 충분히 가열되어 상기 배기가스와 혼합될 때 안개가 생기지 않도록 상기 오염방지공기 공급관에는 제2온도센서와 제 2 가열부가 형성되어 있다.

상기 발광부와 수광부는 하나의 예시에 불과한 것으로 발광부의 반대측에 설치되는 수광부 대신에 반사경을 설치하고 상기 발광부와 수광부를 같은 면에 구성 할 수도 있다.

이러한 제어 방식을 설명하면, 제1 온도센서는 샘플링 프로브 말단에 설치되어 측정대상 자동차의 배기가스 온도를 측정하여 그 측정값을 제어부로 전송하고 제어부는 상기 제1 온도센서에서 전송된 온도에 따라 제1 가열부를 가동하여 샘플링 라인 및 측정실 외벽을 가열하여 유입된 배기가스가 통과하면서 결로현상 등이 발생하지 않도록 하고, 상기 측정된 온도값에 따라 제 2 가열부 온도를 제어하여 상기 오염방지공기공급관 외벽을 가열함으로서 유입되는 오염방지공기를 가열하여 상기 유입된 배기가스와 상기 유입된 배기가스가 충돌하면서 안개를 형성하는 것을 방지하게 되는 것이다.

이 경우 제2 온도센서를 외기유입구에 설치하여 유입되는 공기의 온도를 측정함으로서 좀 더 효율적으로 상기 오염방지공기공급관의 외벽 온도를 제어할 수 있다.

이러한 발명을 통해 외부공기유입팬을 제어하지 않고 오염방지공기 공급관을 가열함으로서 유입되는 오염방지공기의 온도를 상승시킴으로서 오염방지공기가 배기가스와 충돌하더라도 안개를 발생하지 않게 되고, 오염방지공기 공급팬의 속도가 일정하게 되므로 유입되는 배기가스가 원활하게 토출될 수 있다는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 배기관에 삽입하는 샘플링 프로브를 가지는 샘플링 라인;과,

   상기 샘플링라인의 출구에 연결되는 배기가스와 광선이 통과하는 측정실;과,

   상기 측정실 양측에 설치된 발광부와 수광부가 오염되지 않도록 오염방지공기를 공급하는 요염방지공기공급팬과 상기 팬에서 공급된 오염방지공기가 공입되는 오염방지공기 공급관이 설치된 오염방지공기공급기;

   로 구성된 광투과식 매연측정기에 있어서,

   상기 샘플링라인에는 배기관에서 배출되는 배기가스의 온도를 측정하는 제1 온도센서가 형성되어 있고,

   상기 샘플링라인과 상기 측정기 외벽에는 제1 온도센서에서 측정한 온도에 따라 상기 유입된 배기가스가 통과하면서 이슬이 발생하지 않도록 외벽을 가열하는 제1 가열부와,

   상기 오염방지공기공급관에는 상기 오염방지공기공급팬으로부터 유입된 외기가 일정한 온도로 가열될 수 있도록 가열하는 제2 가열부가 형성되어 있으며,

   상기 제1 온도센서로부터 측정된 온도를 바탕으로 상기 제1 제2 가열부의 온도를 제어하는 제어부;로

   구성되는 것을 특징으로 하는 광투과식 매연측정기
2. 제 1 항에 있어서 상기 오염방지공기 공급팬에 제 2 온도센서가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광투과식 매연측정기
3. 제 1 항에 있어서 상기 수광부와 상기 발광부의 전면에는 중앙에 투과공이 형성되어 있는 격벽이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광투과식 매연측정기
4. 제 1 항에 있어서 상기 제2가열부는

   외벽을 둘러싸고 있어 흡입되는 공기를 가열할 수 있는 가열기와 상기 가열기의 열이 손실되지 않도록 가열기를 둘러싸고 있는 단열재로 구성되는 것을 특징으로 하는 광투과식 매연측정기

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