KR20130075451A - Method for measuring concentration of gas in mixed gases - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for measuring the concentration of a gas of a mixture gas is provided to measure a concentration ratio of each component gas of a mixture gas rapidly and simply. CONSTITUTION: A method for measuring the concentration of a gas of a mixture gas is as follows. A pressure difference per a flow rate of component gases passing through a blower or a compressor is measured per each component gas. The mixture gas in which first and second component gases are mixed is penetrated through the blower or the compressor. A flow rate of the mixture gas per hour and a pressure difference caused by the mixture gas penetrating through the blower or the compressor are measured. The concentrations of each component gas are calculated by using the flow rate per hour and the pressure difference of the mixture gas. [Reference numerals] (AA) Two kinds of mixed gases

Description

혼합가스로부터 가스의 농도를 측정하는 방법{Method for Measuring Concentration of Gas in Mixed Gases}Method for Measuring Concentration of Gas in Mixed Gases

본 발명은 2종의 혼합가스가 통과하는 배관 내에서 블로어 또는 컴프레서를 이용하여 농도센서 없이 가스의 농도를 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the concentration of gas without a concentration sensor by using a blower or a compressor in a pipe through which two mixed gases pass.

혼합 가스에서 각각의 가스의 농도를 측정함에 있어서, 종래에는 농도 센서를 사용하여 측정하였다. 상기 농도 센서는 형상에 따라 소결형과 박막형으로 구별되며, 가열방식에 따라 직접 가열형과 간접 가열형으로 구분할 수 있다. 한편, 반도체식 가스 센서는 각종 세라믹 분말에 귀금속 촉매를 혼합한 여러 가지 형상의 소자가 있지만 대부분 소결형이다.
In measuring the concentration of each gas in the mixed gas, it was conventionally measured using a concentration sensor. The concentration sensor is classified into a sintered type and a thin film type according to the shape, and may be classified into a direct heating type and an indirect heating type according to a heating method. On the other hand, semiconductor gas sensors have various shapes of elements in which noble metal catalysts are mixed with various ceramic powders, but most are sintered.

소결형 센서는 산화물 분말에 소량의 물 등을 가해 혼합해서 만들어지는 감가스 페이스트를 전극 처리한 알루미나 기판에 도포나 스크린 인쇄 등으로 붙인 후, 건조하고 고온에서 소결하여 만든다. 이와 같은 센서의 특성은 제작 방법, 형상 등에도 크게 영향을 받기 때문에 여러 가지 형태의 센서가 제안되고 있다.
The sintered sensor is made by applying a small amount of water or the like to an oxide powder and mixing the gas-sensitive paste, which is formed by coating or screen printing on an electrode treated alumina substrate, followed by drying and sintering at a high temperature. Since the characteristics of such a sensor are greatly influenced by a manufacturing method, a shape, etc., various types of sensors have been proposed.

도 1은 종래 사용되어 온 소결형 센서의 대표적인 형상을 나타내는 것이다. 이중, (a)는 원통형 알루미나 기판을 사용하여 원통 내에 소자가열용 열선을 내장한 원통형 센서이고, (b)는 알루미나 평판을 사용하며, Au 전극을 형성하여 그 위에 감가스 재료를 인쇄하고, 동일 면 또는 반대 면에 RuO2 후막 저항체를 인쇄하여 발열체로 사용한 후막형 센서이다. 또한, (c)는 기판을 사용하지 않고 세라믹 분말을 디스크상으로 가압 성형하여 소결한 디스크형 센서이다.
1 shows a typical shape of a sintered sensor that has been conventionally used. Among these, (a) is a cylindrical sensor using a cylindrical alumina substrate and built-in heating element heating element in the cylinder, (b) is using an alumina plate, forming an Au electrode to print a degassing material thereon, the same Thick film type sensor used as heating element by printing RuO 2 thick film resistor on one side or the other side. In addition, (c) is a disk-type sensor which sintered by pressing and sintering ceramic powder onto a disk without using a substrate.

그러나, 이들 센서의 대부분은 공기에 접촉하는 것만으로도 열화가 진행되는데, 이러한 현상은 측정기를 사용하지 않더라도 발생하며, 일정한 기간이 경과하면 사용이 불가능하게 된다.
However, most of these sensors are degraded only by contact with air, and this phenomenon occurs even without using a measuring instrument, and it becomes impossible to use it after a certain period of time.

한편, 안전용 가스 분석기에서 폭넓게 채택되고 있는 전기화학식 센서의 경우, 그 수명은 접촉한 공기에 포함된 해당 가스의 농도와 접촉 시간의 누적치로 나타나지만, 일반적인 환경에서 표 1과 같은 정도의 수명을 갖는다. On the other hand, in the case of an electrochemical sensor widely adopted in a safety gas analyzer, its life is expressed as a cumulative value of the concentration of the corresponding gas contained in the contacted air and the contact time, but has a life as shown in Table 1 in a general environment. .

측정가스Gas 센서 방식Sensor method 수명life span 교체시기When to replace 산소Oxygen 전기 화학식(갈바니 전지)Electrical formula (galvanic cell) 6개월~1년6 months to 1 year 매년every year 일산화탄소carbon monoxide 정전위 전해식Electrostatic potential electrolytic 2~3년2-3 years 매2년Every 2 years

한편, 정도의 차이는 있지만, 모든 가스 센서는 주위 온도 및 습도의 변화에 민감하게 반응하고, 그 수명도 주위 환경에 따라 가감될 수 있으므로, 정상적인 환경 조건을 유지하려는 노력이 필요하다.
On the other hand, although there is a difference in degree, all gas sensors are sensitive to changes in ambient temperature and humidity, and their lifespan can be added or subtracted according to the surrounding environment, and thus, efforts to maintain normal environmental conditions are necessary.

도 2는 온도, 습도가 변할 때 나타나는 전형적인 센서 저항의 변화를 나타내는 그래프이다. 이들 센서는 반도체 센서이기 때문에, 고온인 경우 센서 저항은 낮아지는 한편, 저온인 경우 센서 저항이 커지게 된다. 주위 환경이 고온 고습의 경우에는 온도 증가와 함께 수분인 H2O가 일종의 가스로 작용하기 때문에 고온 고습 상태의 초기에는 센서 저항이 상당히 낮아진다. 그러나 시간이 경과함에 따라 H2O 는 H 이온과 OH 이온으로 해리하기 때문에 센서 저항이 점차 커지게 된다. 또한, 고온 고습 상태에서 원래의 온도 습도 상태로 갑자기 복귀하게 되면, 고온 고습 상태에서 흡착된 OH 이온 때문에 초기에는 원래의 센서 저항 값보다 커져 있게 되며, 시간 경과 후 원래 저항 값을 찾게 된다.
2 is a graph showing a change in typical sensor resistance that appears when temperature and humidity change. Since these sensors are semiconductor sensors, the sensor resistance decreases at high temperatures, while the sensor resistance increases at low temperatures. In the case of high temperature and high humidity, the sensor resistance becomes considerably lower at the beginning of the high temperature and high humidity state because H 2 O, which is water, acts as a kind of gas with increasing temperature. However, as time goes by, H 2 O dissociates into H ions and OH ions, so the sensor resistance gradually increases. In addition, when the high temperature and high humidity state suddenly returns to the original temperature and humidity state, the OH ions adsorbed in the high temperature and high humidity state may initially be larger than the original sensor resistance value, and after the time elapses, the original resistance value is found.

고온 고습 상태가 저온 저습 상태보다 OH 이온의 평형 흡착 농도가 크기 때문에, 장시간의 고습 상태가 유지되는 경우에는 센서 저항의 증가를 가져 온다. 저온 저습의 경우는 고온 고습의 변화와 정반대의 변화를 나타낸다.
Since the equilibrium adsorption concentration of OH ions is higher in the high temperature and high humidity state than in the low temperature and low humidity state, the sensor resistance is increased when the high humidity state is maintained for a long time. In the case of low temperature and low humidity, the change is opposite to that of the high temperature and high humidity.

일반적인 사용 조건에서 H2O의 반응은 가스로서의 반응이 빠르기 때문에, 고온 다습한 환경에서 센서는 민감하고, 저온 건조한 날에는 둔해지게 된다. 또, 센서에 바람이 불게 되면 센서 표면 온도가 내려가기 때문에 센서 저항이 심하게 바뀌게 된다. 특히 갑자기 비바람이 불거나 차고 건조한 바람이 불게 되면, 센서 저항은 비상하게 커지게 된다. 비가 오기 전의 저기압 상태에는 센서 저항은 낮아지고, 비가 온 후 날이 화창하게 갠 때에는 센서 저항은 크게 높아진다. 이와 같이 반도체 센서는 계절이나 주위 환경의 변화에도 역시 저항값이 영향을 받아 변화하게 된다.
Under normal conditions of use, the reaction of H 2 O is rapid as a gas, so the sensor is sensitive in high temperature and high humidity environments and becomes dull on low temperature dry days. In addition, when the wind blows on the sensor, the sensor surface temperature decreases, so the sensor resistance is severely changed. In particular, when suddenly rainy weather or cold and dry winds blow, the sensor resistance becomes extraordinarily large. In the low-pressure state before the rain, the sensor resistance is low, and when the blades are sunny after the rain, the sensor resistance is greatly increased. As described above, the semiconductor sensor also changes due to the change in the resistance value due to the change of seasons and the surrounding environment.

가스센서의 감도 또한, 온도 및 습도 등의 조건에 따라 변하게 된다. SnO2계 반도체식 가스 센서의 가스 감도에 대한 전형적인 경향을 도 3에 나타내었다. 가스감도는 가스 중의 센서 저항 Rs(gas)/대기 중의 센서저항 Rs(air)로 정의된다. 반응은 수초에서 수십 초 내에 이루어지며 저항은 급격히 저하한다. 각 가스에서의 저항변화율이 다르기 때문에 사용 목적에 따라 적절하게 설정하여 사용할 필요가 있다.
The sensitivity of the gas sensor also changes depending on conditions such as temperature and humidity. Typical trends for the gas sensitivity of the SnO 2 based semiconductor gas sensor are shown in FIG. 3. Gas sensitivity is defined as sensor resistance Rs (gas) in gas / sensor resistance Rs (air) in air. The reaction takes place in seconds to tens of seconds and the resistance drops drastically. Since the rate of change of resistance in each gas is different, it is necessary to set it properly according to the intended use.

잡가스, 유해가스 등의 환기와 전자 레인지의 조리에는 낮은 저항 변화율 값으로, 가연성 가스는 저항 변화율이 매우 크기 때문에 높은 저항 변화율 값으로 설정한다. 저온 건조한 경우 센서의 저항 변화율 값은 고온 다습한 날의 저항 변화율보다 크지만 가스 중의 저항 값은 고온 고습한 날의 저항 값이 작다.The ventilation resistance of miscellaneous gas, harmful gas and the like and the cooking of a microwave oven is set to a low resistance change rate value, and flammable gas is set to a high resistance change rate value because the resistance change rate is very large. In the case of low temperature drying, the resistance change rate of the sensor is larger than the resistance change rate of the high temperature and high humidity blade, but the resistance value in the gas is small in the high temperature and high humidity blade.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 2 종류의 성분 가스가 혼합된 혼합가스로부터 농도 측정 센서를 사용하지 않고도 각 성분 가스 농도를 0~100%의 범위에서 실시간으로 측정할 수 있는 방법을 제공한다.
According to one embodiment of the present invention, there is provided a method capable of measuring each component gas concentration in a range of 0 to 100% in real time without using a concentration measuring sensor from a mixed gas of two kinds of component gases.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 각 성분 가스의 농도를 측정함에 있어서, 혼합가스 내에 존재하는 미량의 수분이나 먼지 등에 대하여 영향을 받지 않고 측정할 수 있는 방법을 제공한다.According to one embodiment of the present invention, when measuring the concentration of each component gas, there is provided a method that can be measured without being affected by traces of moisture or dust present in the mixed gas.

본 발명은 2성분 혼합 가스로부터 각 성분 가스의 농도를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 제1 구현예에 따르면, 각 성분 가스별로 블로어 또는 컴프레서를 통과시켜, 각 성분 가스별로 블로어 또는 컴프레서를 통과하는 성분 가스의 유량별 압력차를 측정하여 수학식 (1) 및 (2)의 성능 함수를 구하는 단계The present invention relates to a method for measuring the concentration of each component gas from a two-component mixed gas, according to a first embodiment of the present invention, by passing a blower or compressor for each component gas, each blower or compressor for each component gas Obtaining the performance function of equations (1) and (2) by measuring the pressure difference for each flow rate of the component gas passing through

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 수학식 1에서, dP1은 블로어 또는 컴프레서 통과 전후의 제1 성분 가스의 압력차이고, Q1은 블로어 또는 컴프레서를 통과하는 제1 성분 가스의 시간당 유량이며, F1은 dP1과 Q1의 관계로부터 나타나는 제1 성분 가스에 대한 블로어 또는 컴프레서의 성능함수를 나타낸다.)(Equation 1, dP1 is the pressure difference between the first component gas before and after the blower or compressor passage, Q1 is the hourly flow rate of the first component gas passing through the blower or compressor, F1 is the first appearing from the relationship between dP1 and Q1 Performance function of blower or compressor for one component gas.)

Figure pat00002
Figure pat00002

(상기 수학식 2에서, dP2는 블로어 또는 컴프레서 통과 전후의 제2 성분 가스의 압력차이고, Q2은 블로어 또는 컴프레서를 통과하는 제2 성분 가스의 시간당 유량이며, F2은 dP2와 Q2의 관계로부터 나타나는 제2 성분 가스에 대한 블로어 또는 컴프레서의 성능함수를 나타낸다.), 상기 제1 및 제2 성분 가스가 혼합된 혼합가스를 상기 블로어 또는 컴프레서를 통과시키고, 상기 블로어 또는 컴프레서를 통과하는 혼합가스의 시간당 유량 및 상기 블로어 또는 컴프레서의 통과에 따른 압력차를 측정하는 단계 및 상기 수학식 (1) 및 (2)와 상기 혼합가스의 시간당 유량 및 압력차를 사용하여 다음 수학식 (3) 및 (4)로부터 각 성분 가스의 농도를 계산하는 단계(In Equation 2, dP2 is the pressure difference between the second component gas before and after the blower or compressor passage, Q2 is the hourly flow rate of the second component gas passing through the blower or compressor, F2 is the second appearing from the relationship between dP2 and Q2 Performance function of the blower or the compressor for the two-component gas.), And the hourly flow rate of the mixed gas passing through the blower or the compressor, the mixed gas mixed with the first and second component gas, and passing through the blower or the compressor And measuring the pressure difference according to the passage of the blower or compressor and using the equations (1) and (2) and the hourly flow rate and pressure difference of the mixed gas from the following equations (3) and (4): Calculating the concentration of each component gas

Figure pat00003
Figure pat00003

(상기 수학식 3에서 C1은 제1 성분 가스의 농도이고, dP는 블로어 또는 컴프레서 통과 전후의 혼합가스의 압력차이며, Q는 블로어 또는 컴프레서를 통과하는 혼합가스의 시간당 유량이며, F1 및 F2는 상기 수학식 1 및 2로부터 얻어진 각 성분 가스에 대한 블로어 또는 컴프레서의 성능함수이다.)(In Formula 3, C1 is the concentration of the first component gas, dP is the pressure difference between the mixed gas before and after the blower or compressor, Q is the hourly flow rate of the mixed gas passing through the blower or compressor, F1 and F2 is It is a performance function of a blower or a compressor for each component gas obtained from Equations 1 and 2 above.)

Figure pat00004
Figure pat00004

(수학식 4에서 C2는 가스 2의 농도이고, C1은 상기 수학식 3에서 계산한 가스 1의 농도이다.)를 포함하는 방법을 제공한다.(C2 in the equation (4) is the concentration of gas 2, C1 is the concentration of gas 1 calculated in the above equation 3).

본 발명의 제2 구현예로서, 상기 블로어 또는 컴프레서는 원심방식 또는 축류방식의 블로어 또는 컴프레서일 수 있다.As a second embodiment of the present invention, the blower or compressor may be a centrifugal or axial flow blower or compressor.

본 발명의 제3 구현예에 따르면, 상기 압력차는 블로어 또는 컴프레서의 상부와 하부에 압력계를 설치하여 측정할 수 있다.According to a third embodiment of the present invention, the pressure difference may be measured by installing a pressure gauge on the top and bottom of the blower or compressor.

본 발명의 제4 구현예에 따르면, 상기 각 성분 가스의 시간당 유량은 블로어 또는 컴프레서의 상부 또는 하부에 유량계를 설치하여 측정할 수 있다.According to a fourth embodiment of the present invention, the hourly flow rate of each component gas may be measured by installing a flow meter on the top or bottom of the blower or compressor.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 배관시스템에서 통상적으로 존재하는 블로어 또는 컴프레서를 활용하여 농도를 측정할 수 있게 됨으로써, 고가의 농도 센서의 사용이 불필요하다. 따라서, 기존의 농도센서가 요구하는 유지보수 및 센서 보호장치, 필터 등의 설치가 필요없어 효과적인 비용의 절감을 기대할 수 있다.
According to one embodiment of the present invention, the concentration can be measured by using a blower or a compressor that is conventionally present in the piping system, thereby eliminating the use of an expensive concentration sensor. Therefore, maintenance and sensor protection devices, filters, etc. required by the existing concentration sensor are not required, and thus, an effective cost reduction can be expected.

또한, 측정 환경에 따른 측정 결과의 차이가 없고, 비교적 간단하고 빠르게 2 종류의 혼합 가스로부터 각 성분 가스의 농도비를 측정할 수 있다.In addition, there is no difference in the measurement result according to the measurement environment, and the concentration ratio of each component gas can be measured from two kinds of mixed gases relatively simply and quickly.

도 1은 종래 사용되어 온 소결형 센서의 대표적인 형상을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 온도, 습도가 변할 때 나타나는 전형적인 센서 저항의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 SnO2계 반도체식 가스 센서의 가스 감도에 대한 전형적인 경향을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 혼합가스의 각 성분 가스별 농도를 측정하기 위한 배관구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 있어서, 블로어 또는 컴프레서를 통과하는 각 성분 가스별 유량 및 압력차에 따른 블로어 또는 컴프레서의 성능 곡선을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 6 및 7은 실시예에서 배관을 통해 공급되는 수소의 유량(Q1)에 따른 블로어 상하의 압력 차이(dP1) 및 질소의 유량(Q2)에 따른 블로어 상하의 압력 차이(dP2)를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예에 의해 측정된 수소농도의 값과 COSMOS 모델 XP-3110 수소농도 측정기를 사용하여 측정된 수소농도 값과의 차이를 비교하는 그래프이다.1 is a view schematically showing a typical shape of a sintered sensor that has been used conventionally.
2 is a graph showing a change in typical sensor resistance that appears when temperature and humidity change.
3 is a graph showing typical trends for gas sensitivity of a SnO 2 based semiconductor gas sensor.
4 is a view schematically showing a piping structure for measuring the concentration of each component gas of the mixed gas of the present invention.
5 is a graph showing an exemplary performance curve of a blower or compressor according to the flow rate and pressure difference for each component gas passing through the blower or compressor.
6 and 7 are graphs showing the pressure difference dP1 of the upper and lower blowers according to the flow rate Q1 of hydrogen supplied through the pipe in the embodiment, and the pressure difference dP2 of the upper and lower blowers according to the flow rate Q2 of nitrogen.
8 is a graph comparing the difference between the value of the hydrogen concentration measured by the Example and the hydrogen concentration value measured using the COSMOS model XP-3110 hydrogen concentration meter.

본 발명은 농도센서 없이 배관을 통과하는 혼합가스의 농도비를 측정하는 방법을 제시한다.
The present invention provides a method for measuring the concentration ratio of the mixed gas passing through the pipe without the concentration sensor.

즉, 본 발명은 배관을 통해 혼합가스가 통과하는 경우, 블로어 또는 컴프레서를 가동하여 상부 스트림과 하부 스트림의 압력차가 변화하는 원리를 이용함으로써 배관을 통과하는 혼합가스의 농도 비를 측정할 수 있다. 즉, 블로어 또는 컴프레서의 상하부 스트림 간의 압력차 및 통과 유량을 측정함으로써, 간단하게 혼합가스 내의 가스 농도를 계산할 수 있다.
That is, the present invention can measure the concentration ratio of the mixed gas passing through the pipe by using the principle that the pressure difference between the upper stream and the lower stream is changed by operating a blower or a compressor when the mixed gas passes through the pipe. That is, by measuring the pressure difference and the flow rate between the upper and lower streams of the blower or the compressor, it is possible to simply calculate the gas concentration in the mixed gas.

이를 위해, 도 4에 나타낸 바와 같이 블로어 또는 컴프레서(4)의 상부와 하부에 압력계(3, 5)를 각각 설치한다. 이와 같은 압력계(3, 5)에 의해 상기 블로어 또는 컴프레서(4)의 상부 및 하부에서의 스트림의 압력차를 측정할 수 있다. 상기 블로어 또는 컴프레서(4)는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 원심 방식 또는 축류 방식을 적용할 수 있다.
To this end, as shown in FIG. 4, pressure gauges 3 and 5 are respectively installed on the upper and lower portions of the blower or compressor 4. Such pressure gauges 3, 5 can measure the pressure difference of the streams at the top and bottom of the blower or compressor 4. The blower or compressor 4 is not particularly limited, but a centrifugal method or an axial flow method can be applied.

또한, 상기 블로어 또는 컴프레서(4)의 상부 또는 하부 배관(1, 6)에는 유량계(2)를 설치하여 상기 블로어 또는 컴프레서(4)를 통과하는 가스의 유량을 측정할 수 있다.
In addition, a flow meter 2 may be installed in upper or lower pipes 1 and 6 of the blower or compressor 4 to measure the flow rate of the gas passing through the blower or compressor 4.

먼저, 상기와 같은 설비를 갖춘 배관(1, 6)을 통해 유량을 변화시키면서 제1 성분 가스를 통과시켜, 상기 블로어 또는 컴프레서(4)의 상부(1) 및 하부(6)에서의 스트림의 압력차를 측정한 후, 제1 성분 가스 유량에 따른 압력차에 대한 성능 곡선을 구한다.
First, the pressure of the stream in the upper part 1 and the lower part 6 of the blower or compressor 4 is passed through the first component gas while varying the flow rate through the pipes 1 and 6 equipped with the above-described equipment. After the difference is measured, a performance curve for the pressure difference according to the first component gas flow rate is obtained.

이와 같은 성능 곡선으로부터 제1 성분 가스에 대한 압력차의 유량에 대한 관계식을 구성할 수 있다. 즉, 제1 성분 가스에 대한 성능 함수는 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
From such a performance curve, the relationship about the flow volume of the pressure difference with respect to a 1st component gas can be comprised. That is, the performance function for the first component gas may be expressed as Equation 1 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

상기 수학식 1에서, dP1은 제1 성분 가스가 블로어 또는 컴프레서(5)를 통과할 때에 블로어 또는 컴프레서(4)의 상부 스트림 및 하부 스트림의 압력차이고, Q1은 제1 성분 가스가 블로어 또는 컴프레서(4)를 통과하는 시간당 유량이며, F1은 제1 성분 가스에 대한 dP1과 Q1의 관계로부터 얻어지는 제1 성분가스에 대한 블로어 또는 컴프레서의 성능함수이다.
In Equation 1, dP1 is a pressure difference between the upper stream and the lower stream of the blower or the compressor 4 when the first component gas passes through the blower or the compressor 5, and Q1 represents that the first component gas is the blower or the compressor ( The hourly flow rate through 4), F1 is the performance function of the blower or compressor for the first component gas obtained from the relationship between dP1 and Q1 for the first component gas.

다음으로, 상기 제1 성분 가스에 대한 것과 마찬가지로, 제2 성분 가스를 상기 배관(1, 6)을 통해 유량을 변화시켜가면서 통과시켜, 상기 블로어 또는 컴프레서(4)의 상부 및 하부에서의 스트림의 압력차를 측정한 후, 제2 성분 가스 유량에 따른 압력차에 대한 성능 곡선을 구하고, 이에 의해 얻어진 성능 곡선으로부터 제2의 가스에 대하여 다음 식 (2)와 같은 성능 함수를 구한다.
Next, as in the case of the first component gas, the second component gas is passed through the pipes 1 and 6 with varying flow rates, so that the streams at the top and the bottom of the blower or the compressor 4 are changed. After measuring the pressure difference, a performance curve for the pressure difference according to the second component gas flow rate is obtained, and a performance function as shown in the following equation (2) is obtained for the second gas from the performance curve obtained thereby.

Figure pat00006
Figure pat00006

수학식 2에서 dP2는 제2 성분 가스가 블로어 또는 컴프레서(4)를 통과할 때에 블로어 또는 컴프레서의 상부 스트림과 하부 스트림의 압력차이고, Q2는 제2 성분 가스가 블로어 또는 컴프레서(4)를 통과하는 시간당 유량이며, F2는 제2 성분 가스에 대한 dP2와 Q2의 관계로부터 얻어지는 제2 성분가스에 대한 블로어 또는 컴프레서의 성능함수이다.
In Equation 2, dP2 is the pressure difference between the upper stream and the lower stream of the blower or compressor when the second component gas passes through the blower or compressor 4, and Q2 is the second component gas passes through the blower or compressor 4 The flow rate per hour, F2 is the performance function of the blower or compressor for the second component gas obtained from the relationship between dP2 and Q2 for the second component gas.

이와 같은 각 성분 가스에 대한 성능 함수는, 예를 들어, 1차, 2차 또는 3차 다항식 등으로 구성하여 각 차수의 계수를 최소 자승법으로 결정함으로써 구할 수 있다.
Such a performance function for each component gas can be obtained by, for example, constructing a first-order, second-order or third-order polynomial or the like and determining the coefficient of each order by the least-squares method.

상기와 같은 방법으로 얻어진 성능 함수를 이용함으로써 설비의 실제 운전에서 배관(1, 6)을 통과하는 2종의 기체로 된 혼합가스에 대한 유량(Q) 및 압력차(dP)를 측정한 후, 하기 수학식 3에 대입함으로써 제1의 성분 가스에 대한 농도를 구할 수 있다. 또한, 하기 수학식 4에 대입하여 가스 2의 농도를 구할 수 있다.
By measuring the flow rate (Q) and the pressure difference (dP) for the mixed gas of two gases passing through the pipes (1, 6) in the actual operation of the facility by using the performance function obtained in the above manner, By substituting into Equation 3 below, the concentration of the first component gas can be obtained. In addition, the concentration of gas 2 can be obtained by substituting Equation 4 below.

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 수학식 3에서 C1은 가스 1의 농도이고, dP는 혼합가스가 배관(1, 6)을 통과할 때에 블로어 또는 컴프레서(4)의 상부 스트림과 하부 스트림의 압력차이며, Q는 혼합가스가 블로어 또는 컴프레서(4)를 통과하는 시간당 유량이며, F1과 F2는 각각 상기 수학식 1과 상기 수학식 2로 주어진 각 성분가스에 대한 블로어 또는 컴프레서(4)의 성능함수를 나타낸다.
In Equation 3, C1 is the concentration of gas 1, dP is the pressure difference between the upper stream and the lower stream of the blower or compressor 4 when the mixed gas passes through the pipes (1, 6), Q is the mixed gas The hourly flow rate through the blower or compressor 4, F1 and F2 represent the performance function of the blower or compressor 4 for each component gas given by Equations 1 and 2, respectively.

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 수학식 4에서 C2는 가스 2의 농도이고, C1은 상기 수학식 3에서 계산한 가스 1의 농도이다.
In Equation 4, C2 is the concentration of gas 2, and C1 is the concentration of gas 1 calculated in Equation 3.

본 발명을 통해, 배관시스템에서 통상적으로 존재하는 블로어 또는 컴프레서(4)를 활용하여 농도를 측정할 수 있게 됨으로써, 고가의 농도센서를 사용하지 않고 비교적 간단하고 빠르게 2 종류의 혼합 가스에서의 각 성분 가스의 농도 비를 측정할 수 있다.
Through the present invention, it is possible to measure the concentration by using a blower or compressor (4) commonly existing in the piping system, so that each component in the two kinds of mixed gas relatively simply and quickly without using an expensive concentration sensor The concentration ratio of the gas can be measured.

또한, 본 발명에 따를 경우, 기존의 농도 센서가 요구하는 유지보수 및 센서 보호장치, 필터 등의 설치가 필요없어, 효과적인 비용의 절감을 기대할 수 있다.
In addition, according to the present invention, there is no need to install the maintenance and sensor protection device, filter, etc. required by the existing concentration sensor, it can be expected to reduce the cost effectively.

실시예Example

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시에는 본 발명이 적용되는 일 예로서 이에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by this as an example to which the present invention is applied.

블로어가 설치된 배관에 수소를 공급하였다. 배관을 통해 공급되는 유량(Q1)에 따른 블로어 상하의 압력 차이(dP1)를 측정하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.Hydrogen was supplied to the pipe in which the blower was installed. Pressure difference dP1 of the upper and lower blowers according to the flow volume Q1 supplied through piping was measured, and the result is shown in FIG.

상기 도 6으로부터 배관에 공급된 수소에 대한 블로어의 성능함수를 1차 다항식으로 가정하여 다음 수학식 1과 같은 함수를 얻었다. The function of the blower for hydrogen supplied to the pipe from FIG.

Figure pat00009
Figure pat00009

상기와 동일한 방법으로 질소를 배관에 공급하여 유량(Q2)별 블로어 상하의 압력 차이(dP2)를 측정하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.Nitrogen was supplied to the pipe by the same method as described above, and the pressure difference dP2 above and below the blower for each flow rate Q2 was measured, and the results are shown in FIG. 7.

상기 도 7로부터 배관에 공급된 수소에 대한 블로어의 성능함수를 1차 다항식으로 가정하여 다음 수학식 2와 같은 함수를 얻었다.The function of the blower for hydrogen supplied to the pipe from FIG. 7 was assumed to be a first order polynomial to obtain a function as shown in Equation 2 below.

Figure pat00010
Figure pat00010

상기 수학식 1 및 2를 각각 다음 식 (3)에 대입하여 수소농도 C1에 대한 수학식을 구성하였다. Substituting Equations 1 and 2 into Equation (3), respectively, the equation for hydrogen concentration C1 was constructed.

Figure pat00011
Figure pat00011

검증을 위해 질소를 공급하는 상태에서 서서히 수소농도를 증가시키면서 블로어의 유량(Q)과 압력 차이(예)를 측정하고, 이를 수학식 (3)에 대입하여 농도를 구하였다. For verification, the flow rate (Q) and pressure difference (example) of the blower were measured while gradually increasing the hydrogen concentration in the state of supplying nitrogen, and the concentration was calculated by substituting this in Equation (3).

측정의 정확도를 평가하기 위해 배관에 COSMOS 모델 XP-3110 수소농도 측정기를 사용하여 수소농도를 측정하고, 그 측정치를 상기 수학식 (3)으로 계산한 값과의 차이를 비교하여 그 결과를 도 8에 나타내었다.
In order to evaluate the accuracy of the measurement, the hydrogen concentration was measured using a COSMOS model XP-3110 hydrogen concentration meter in the pipe, and the result was compared with the difference calculated from Equation (3). Shown in

도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 계산식을 통해 구한 수소농도의 값은 상기 농도측정기를 사용하여 측정한 수소농도 값과 평균 6% 정도의 오차 범위 내에서 비교적 정확히 일치함을 확인하였다. As shown in FIG. 8, it was confirmed that the value of the hydrogen concentration obtained through the calculation formula of the present invention was relatively exactly equal to the hydrogen concentration value measured using the concentration meter within an error range of about 6% on average.

일부 영역에서 15% 정도의 오차를 나타내는 경우가 있으나, 압력계의 정밀도 향상 및 유량 안정성 확보에 따라 정확도를 높일 수 있을 것으로 기대된다. 또한 별도의 농도계 없이 측정할 수 있는 점을 감안할 때 획기적인 농도측정방법임이 분명하다.In some areas, the error may be about 15%, but it is expected that the accuracy can be increased by improving the accuracy of the pressure gauge and securing the flow rate stability. In addition, it is clear that this is a breakthrough concentration measurement method considering that it can be measured without a separate densitometer.

1: 혼합가스가 유입되는 배관
2: 유량계
3, 5: 압력계
4: 블로어 또는 컴프레서
6: 혼합가스가 통과하여 배출되는 배관1: Pipe where mixed gas flows in
2: flow meter
3, 5: pressure gauge
4: blower or compressor
6: Pipe through which mixed gas is discharged

Claims (4)

2성분 혼합 가스로부터 각 성분 가스의 농도를 측정하는 방법에 있어서,
각 성분 가스별로 블로어 또는 컴프레서를 통과시켜, 각 성분 가스별로 블로어 또는 컴프레서를 통과하는 성분 가스의 유량별 압력차를 측정하여 수학식 (1) 및 (2)의 성능 함수를 구하는 단계
Figure pat00012

(상기 수학식 1에서, dP1은 블로어 또는 컴프레서 통과 전후의 제1 성분 가스의 압력차이고, Q1은 블로어 또는 컴프레서를 통과하는 제1 성분 가스의 시간당 유량이며, F1은 dP1과 Q1의 관계로부터 나타나는 제1 성분 가스에 대한 블로어 또는 컴프레서의 성능함수를 나타낸다.)
Figure pat00013

(상기 수학식 2에서, dP2는 블로어 또는 컴프레서 통과 전후의 제2 성분 가스의 압력차이고, Q2은 블로어 또는 컴프레서를 통과하는 제2 성분 가스의 시간당 유량이며, F2은 dP2와 Q2의 관계로부터 나타나는 제2 성분 가스에 대한 블로어 또는 컴프레서의 성능함수를 나타낸다.);
상기 제1 및 제2 성분 가스가 혼합된 혼합가스를 상기 블로어 또는 컴프레서를 통과시키고, 상기 블로어 또는 컴프레서를 통과하는 혼합가스의 시간당 유량 및 상기 블로어 또는 컴프레서의 통과에 따른 압력차를 측정하는 단계; 및
상기 수학식 (1) 및 (2)와 상기 혼합가스의 시간당 유량 및 압력차를 사용하여 다음 수학식 (3) 및 (4)로부터 각 성분 가스의 농도를 계산하는 단계
Figure pat00014

(상기 수학식 3에서 C1은 제1 성분 가스의 농도이고, dP는 블로어 또는 컴프레서 통과 전후의 혼합가스의 압력차이며, Q는 블로어 또는 컴프레서를 통과하는 혼합가스의 시간당 유량이며, F1 및 F2는 상기 수학식 1 및 2로부터 얻어진 각 성분 가스에 대한 블로어 또는 컴프레서의 성능함수이다.)
Figure pat00015

(수학식 4에서 C2는 가스 2의 농도이고, C1은 상기 수학식 3에서 계산한 가스 1의 농도이다.)
를 포함하는 2성분 혼합 가스로부터 각 성분 가스의 농도를 측정하는 방법.
In the method for measuring the concentration of each component gas from the two-component mixed gas,
Passing a blower or compressor for each component gas, measuring the pressure difference for each flow rate of the component gas passing through the blower or compressor for each component gas to obtain the performance function of Equations (1) and (2)
Figure pat00012

(Equation 1, dP1 is the pressure difference between the first component gas before and after the blower or compressor passage, Q1 is the hourly flow rate of the first component gas passing through the blower or compressor, F1 is the first appearing from the relationship between dP1 and Q1 Performance function of blower or compressor for one component gas.)
Figure pat00013

(In Equation 2, dP2 is the pressure difference between the second component gas before and after the blower or compressor passage, Q2 is the hourly flow rate of the second component gas passing through the blower or compressor, F2 is the second appearing from the relationship between dP2 and Q2 Performance function of blower or compressor for two-component gas);
Passing the mixed gas of the first and second component gases through the blower or the compressor, and measuring the hourly flow rate of the mixed gas passing through the blower or the compressor and the pressure difference according to the passage of the blower or the compressor; And
Calculating the concentration of each component gas from the following equations (3) and (4) using the equations (1) and (2) and the hourly flow rate and pressure difference of the mixed gas
Figure pat00014

(In Formula 3, C1 is the concentration of the first component gas, dP is the pressure difference between the mixed gas before and after the blower or compressor, Q is the hourly flow rate of the mixed gas passing through the blower or compressor, F1 and F2 is It is a performance function of a blower or a compressor for each component gas obtained from Equations 1 and 2 above.)
Figure pat00015

(In Equation 4, C2 is the concentration of gas 2, and C1 is the concentration of gas 1 calculated in Equation 3 above.)
Method for measuring the concentration of each component gas from the two-component mixed gas comprising a.
제 1항에 있어서, 상기 블로어 또는 컴프레서는 원심방식 또는 축류방식의 블로어 또는 컴프레서인 2성분 혼합 가스로부터 각 성분 가스의 농도를 측정하는 방법.
The method of claim 1, wherein the blower or the compressor is a centrifugal or axial flow blower or a compressor.
제 1항에 있어서, 상기 압력차는 블로어 또는 컴프레서의 상부와 하부에 압력계를 설치하여 측정하는 2성분 혼합 가스로부터 각 성분 가스의 농도를 측정하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the pressure difference is measured from a two-component gas mixture by measuring pressure gauges provided on the upper and lower portions of a blower or a compressor.
제 1항에 있어서, 상기 각 성분 가스의 시간당 유량은 블로어 또는 컴프레서의 상부 또는 하부에 유량계를 설치하여 측정하는 2성분 혼합 가스로부터 각 성분 가스의 농도를 측정하는 방법.The method for measuring the concentration of each component gas according to claim 1, wherein the hourly flow rate of each component gas is measured by installing a flowmeter at the top or the bottom of the blower or the compressor.
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