KR20160075394A - Simultaneous real-time continuous monitoring system of emission gas concentrations in mutliple chambers - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다중채널 폐쇄경로형 분광측정 장치를 이용하여 복수개의 경작지 챔버 내 특정 가스 배출 농도를 동시에 실시간으로 연속으로 모니터링을 수행하기 위한 기술에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique for simultaneously real-time continuous monitoring of specific gas discharge densities in a plurality of tillage chambers using a multi-channel closed-path type spectrometer.
현재 기후변화를 일으키는 인위적인 원인으로 지목된 온실가스에 대한 국제적, 국가적 및 지역적 차원에서의 관리 방인들이 개발되고 이행되고 있다. 국제표준화기구(ISO)는 온실가스 배출 및 제거의 정량 및 보고를 위한 조칙 차원의 사용 규칙 및 지침, 온실가스 배출 감축 및 제거의 정량, 모니터링 및 보고를 위한 프로젝트 차원의 사용 규칙 및 지침, 온실가스 선언에 대한 타당성 평가 및 검증을 위한 사용규칙 및 지침들을 국제표준으로 제정하였다. 또한 이에 발맞춰 우리나라 정부는 상기 국제표준들을 한국산업규격(KS)으로 채택하여 제정하였다. At the international, national and local levels, management personnel are being developed and implemented on greenhouse gases, which are currently identified as anthropogenic causes of climate change. The International Organization for Standardization (ISO) is responsible for setting guidelines and guidelines for use in the quantification and reporting of GHG emissions and removals, project-level usage rules and guidelines for quantification, monitoring and reporting of GHG emissions reductions and removals, The rules and guidelines for the validation and verification of declarations have been established as international standards. In line with this, the Korean government has adopted the above international standards as the Korean Industrial Standard (KS).
이러한 배경에서 기후변화를 일으키는 온실가스 배출 농도의 정확한 평가는 모든 기후변화 대응 연구의 초석이며, 신뢰성이 높은 온실가스 배출 농도의 평가는 모든 기후변화 예측 및 모델링 연구의 실질적인 기초자료로서 활용된다. 이뿐 아니라 기후변화 대응 기술개발, 온실가스 저감기술 개발, 저감정책 및 계획 수립 등 기후변화에 효율적으로 대응하려면 예외 없이 온실가스 발생량에 대한 실질적이고 신뢰성 높은 온실가스 모니터링 자료 확보가 필요하다. In this context, an accurate assessment of the GHG emissions concentration that causes climate change is the cornerstone of all climate change response studies, and reliable GHG emissions assessment is used as a practical basis for all climate change prediction and modeling studies. In addition, in order to efficiently cope with climate change, such as development of technology to cope with climate change, development of greenhouse gas abatement technology, abatement policy and planning, it is necessary to secure substantial and reliable monitoring data on greenhouse gas emissions.
벼 경작지에서 주로 발생하는 비 이산화탄소계 온실가스는 메탄과 아산화질소다. 벼재배는 농업분야(특히, 논)에서 가장 주된 온실가스 메탄배출 농도의 주요부분이며, 전 세계적으로 농업분야 온실가스 배출 농도의 양대 산맥(논과 밭)의 한 분야이다. 이 중 메탄은 현 대기 내 존재량의 5∼30 %가 농업분야 논토양에서 발생되므로, 벼논은 대기 중 메탄의 가장 중요한 개별 원천이며, 농업분야 온실가스 단일 배출 원으로 가장 중요한 부문으로 알려져 있다. 메탄은 저지대나 담수된 논에서 유기물이 혐기 분해되는 과정에서 발생하며, 대부분이 벼의 통기조직을 통해 대기 중으로 배출된다. 기후변화에 관한 정부 간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change)는 세계 연간 총 메탄 배출 농도는 535 Tg CH4/year(T = 1012)이며, 이 중에서 농업분야에서 발생하는 메탄 배출 농도는 60 ± 40 Tg으로 추정하였다. 이 같은 배출 농도 산정은 주로 미국, 스페인, 이탈리아, 중국, 인도, 호주, 일본 및 태국에 있는 논에서 나오는 메탄 배출의 현장 챔버방식 모니터링 측정치를 근거로 하였다. 현재 아시아 지역이 세계 논 메탄 배출 농도의 90 %를 차지하고 있으며, 아시아 국가 중 인도와 중국이 가장 많은 논 메탄 배출 농도 국가이다. 온실가스 의무감축국들(Annex I 국가들)은 현재 온실가스 배출 농도 산정, 보고, 검증체계(Monitoring, Report, and Verification)가 잘 갖추어져 있고, 배출 농도 산정방법과 산정결과의 정확성이 높다고 평가되고 있다. 하지만 농업분야의 온실가스 배출 농도의 정확한 측정과 결과의 검증은 여전히 어렵고 타 분야에 비해 상대적으로 불확실성이 크다고 알려져 있다. 이런 이유로 인해 유럽 배출권 거래시스템(EU-ETS)에서도 아직 농업분야의 온실가스 배출은 거래되지 않고 있다. 지금까지 농업분야에서는 온실가스 배출 농도 및 전망과 관련하여 UN기후변화협약에 의거한 대한민국 국가보고서(1998)와 기후변화협약에 의거한 제2차 대한민국 국가보고서(2003)에 이어 지난 2008년 IPCC 국제기구에 제출된 우리나라 온실가스 3차 국가보고서에서 농업분야 온실가스 배출 농도는 2005∼2020년까지 연평균 0.6 %씩 감소될 것으로 전망하고 있다. Non-CO2-based greenhouse gases mainly occur in rice cultivated areas are methane and nitrous oxide. Rice cultivation is a major part of the main GHG methane emission concentration in the agricultural sector (especially in the rice field) and is one of the two major mountain ranges (paddy field) of agricultural GHG emission concentrations worldwide. Since methane accounts for 5 to 30% of the present atmospheric emissions in paddy fields in agriculture, rice pines are the most important source of atmospheric methane and are the most important source of single greenhouse gas emissions in the agricultural sector. Methane occurs in anaerobic digestion of organic matter in lowland or deserted rice fields, and most of it is released into the atmosphere through the ventilation of rice. The Intergovernmental Panel on Climate Change states that the world's total annual methane emission concentration is 535 Tg CH4 / year (T = 1012), of which methane emissions from agriculture are 60 ± 40 Tg Respectively. These emissions estimates were based on in situ chamber monitoring measurements of methane emissions from rice fields in the United States, Spain, Italy, China, India, Australia, Japan and Thailand. Asia currently accounts for 90% of the world's non-methane emissions, and India and China among the Asian countries have the largest concentration of non-methane emissions. Annex I states that greenhouse gas obligations (Annex I countries) are well-established, and that the methodology for estimating emission concentrations, and the accuracy of estimation results are high . However, it is known that the accurate measurement of greenhouse gas emission concentration in agriculture and the verification of results are still difficult and relatively uncertain than other fields. For this reason, the European Emissions Trading System (EU-ETS) has yet to deal with greenhouse gas emissions from agriculture. So far, in the field of agriculture, following the Korea National Report (1998) based on the United Nations Framework Convention on Climate Change (1998) and the second National Report on the Republic of Korea (2003) In the Third National Greenhouse Gas Report submitted to the Organization, the greenhouse gas emission level in the agricultural sector is forecasted to decrease by 0.6% per annum from 2005 to 2020.
우리나라의 경우에도 이 부분에서 가장 주요하며 우선적으로 온실가스 배출 농도 산정이 이루어지고 있는 상황이다. 현재 우리나라 농업분야 기후변화 대응 중장기 연구계획에 의하면 2010년부터 2014년까지 우리나라는 Tier 2 수준의 온실가스 고유 배출계수 개발과 Tier 2 수준의 농업분야 국가보고서 작성체계구축과 온실가스 배출 농도 검증 인증체계 구축을 추진 중에 있다. 이러한 국가 차원의 과제를 수행하기 위한 기반 기술로서, 온실가스 배출 농도 현장 모니터링 기술, 배출계수의 불확도 평가 기술, 온실가스 배출 농도 및 저감량 검증 기술 등이 필수적으로 요구되고 있는 실정이다. In the case of Korea, the most important and priority is to estimate the greenhouse gas emission level. According to the mid- to long-term research plan for the response to climate change in Korea, from 2010 to 2014, Korea will develop a Tier 2 emission standard for greenhouse gas emission, establish a Tier 2 level national report system, And is currently under construction. As an underlying technology to carry out such national tasks, it is essential that the technology for on-site monitoring of GHG emissions, the uncertainty evaluation technique for emission factors, and the GHG emission concentration and the amount of reduction verification technology are indispensable.
메탄배출 농도를 측정하는 방법으로서는 챔버법과 미기상법으로 크게 분류된다. 챔버법은 토양표면에 바닥이 없는 상자(챔버)를 설치하고 그 속의 기체농도 변동에서 플럭스를 산출하는 것이다. 챔버법은 낮은 비용, 손쉬운 사용, 그리고 처리 수준의 연구들과 공간 또는 시간에서의 일치성과 반복 측정을 요하는 연구들에 매우 유용하다. The methane emission concentration can be measured by the chamber method and the micro-vapor method. The chamber method is to install a bottomless chamber (chamber) on the surface of the soil and to calculate the flux from the gas concentration variation therein. The chamber method is very useful for studies of low cost, ease of use, and treatment levels and studies that require consistency and repeatability measurements in space or time.
현재 가장 선진화된 형태의 벼 경작지 현장 농작물에서 발생하는 온실가스 배출 농도를 측정하는 기술은 자동제어장치를 이용하여 자동개폐형 정적(static) 챔버로부터 주기적으로(1일 최대 8회) 공기 시료를 채취하여 시료 이송라인을 통해 벼 경작지현장 가스분석실 내의 가스크로마토그래피에 의해 메탄 농도를 비실시간, 비연속으로 분석하는 자동화 방식을 채택하고 있다. 다시 말해, 자동식 간헐 측정으로 즉, 측정을 연속으로하는 것이 아니고 간헐적인 측정을 자동화 한 것이다.Currently, the most advanced method of measuring greenhouse gas emissions from on-farm crops is to periodically (up to 8 times a day) air samples taken from an automatic open-type static chamber using an automatic control system The system is automated by analyzing the methane concentration in non-real time and discontinuously by the gas chromatography in the rice field field gas analysis laboratory through the sample transfer line. In other words, automatic intermittent measurements, that is, not continuous measurements, but automated intermittent measurements.
벼 경작지 현장 챔버 내부(예, 432 L)에서 포집된 가스(예, 총 0.3 L이 포집)가 가스크로마토그래프로 이송되어 분석컬럼에 사용(예, 가스크로마토그래프의 시료루프에 0.003 L만 사용됨)되고 외기로 버려진다. 포집된 가스시료의 양이 챔버 내부 용적에 비해 극히 작아서 혼합팬을 가동한다 하더라도 챔버 내부의 완벽한 혼합이 이루어지지 않는 이상 모집단을 대표하는 표본의 크기 비율(예, 전체 공기부피 중 0.07%만 시료포집되어 0.0007%만 분석에 소모됨)이 너무 작아 측정값의 대표성에 문제가 있다. 다시 말해, 0.3 L가 챔버 내부를 대표할 수 있는 평균농도 이어야 하지만 이에 대한 신뢰성을 확인할 방법이 없는 문제가 있다.(Eg, a total of 0.3 L) is transferred to the gas chromatograph and used in the analytical column (eg, only 0.003 L is used in the sample loop of the gas chromatograph) And is thrown away into the open air. As the amount of collected gas sample is extremely small compared to the volume inside the chamber, even if the mixing fan is operated, the size ratio of the representative sample of the population (eg, only 0.07% of the total air volume) And only 0.0007% is consumed in the analysis) is too small to be representative of the measured value. In other words, although 0.3 L should be an average concentration that can represent the inside of the chamber, there is a problem that there is no way to confirm the reliability thereof.
또한, 벼 경작지 현장 챔버가 개방되었을 때 최초 시간의 공기 시료를 채취 이송하여 1회 분석하고, 챔버 폐쇄 후 30분간 온실가스가 누적될 때가 기다린 후 공기시료를 채취하여 1회 분석하므로 이 농도차에 의한 배출 농도 측정의 반복성 확인이 불가능하다는 한계(예, 초기 농도가 일반 대기 수준과 차이가 발생되어 분석된 경우 분석기기의 교정상태가 불량인지, 혹은 이송라인의 세척상태가 불량인지, 혹은 챔버 상단 혹은 하단에 부착된 환기용 팬들의 구조적인 문제로 챔버 내 환기가 제대로 되지 않는 것인지 등 배출 농도 값의 신뢰성 파악이 어렵다.)가 있다. 이는, 분석을 여러 번 할 수 없기 때문에 한번 잘못 측정된 결과가 발생하게 되면 전체 배출 농도에 대한 신뢰성이 많이 떨어지기 때문이다. 이는 간헐 포집(채취)에서 발생되는 문제다. 다시 말해, 분석을 아무리 잘해도 채취한 것이 잘못되면 배출 농도 값의 신뢰성이 떨어지며, 문제가 발생되었을 때 그 시간대의 환경을 재현할 수 없다는 문제점이 있다.In addition, when the rice field cultivation area is opened, the air sample for the first time is sampled and analyzed once, and the air sample is sampled after waiting for the accumulation of greenhouse gas for 30 minutes after the chamber closure, (For example, when the initial concentration is analyzed due to a difference from the general atmospheric level), it is determined whether the calibration state of the analyzer is bad or the cleaning state of the transfer line is defective or the chamber top It is difficult to determine the reliability of the discharge concentration value, for example, whether the ventilation in the chamber is not properly performed due to the structural problem of the ventilation fans attached to the bottom. This is because once the measurement results are erroneously measured, the reliability of the total emission concentration is greatly reduced because the analysis can not be performed several times. This is a problem that arises from intermittent collection. In other words, even if the analysis is done well, the reliability of the emission concentration value becomes poor if the collected data is wrong, and the environment of the time zone can not be reproduced when the problem occurs.
또, 챔버로부터 공기시료를 이송하여 가스크로마토그래피로 분석할 때 근본적으로 시간차(수분 이상)가 발생하므로 비실시간, 비연속 측정이므로 현실적으로 매우 짧은 시간의 급격한 발생량(예, 순간적으로 높은 배출 농도)나 상대적으로 짧은 시간 동안(예, 메탄 측정의 경우 30분간)의 온실가스 배출 농도 변화의 양상을 현실적으로 실시간 연속적으로 파악하기 불가능한 문제점이 있다. 다시 말해, 채취를 잘 했다고 하더라도 채취된 상황에서의 실시간이 아니고 분석시간 이후에 나타난 결과를 보게 되며, 분석에 최소 5~10분 이상 걸리게 되므로 비 실시간적인 문제가 있다.In addition, when the air sample is transferred from the chamber and analyzed by gas chromatography, a time difference (more than several minutes) is generated basically, and therefore, There is a problem that it is impossible to grasp continuously the change of the greenhouse gas emission concentration concentration in a relatively short period of time (for example, 30 minutes in the case of methane measurement) in real time in real time. In other words, even if the sample is collected well, there is a non real - time problem because it takes at least 5 ~ 10 minutes to analyze, not the real time in the collected situation but the result after the analysis time.
또한, 벼 경작지현장 가스분석실에서 운용하는 가스크로마토그래피 분석시스템을 연속적으로 운용하기 위해서는 여러 가지 종류의 고압 고순도 가스들(예, 질소, 헬륨, 수소, 공기 등) 등의 연속적인 소모와 교체로 인한 추가 비용이 필수적으로 소요되고 주기적인 고압가스 관리와 다양한 소모품 교체가 필요하다고 문제점이 있다. 다시 말해, 가스크로마토그래피를 사용하게 되면 장비를 운용하기 위해서 사용되는 소모성 가스들이 지속적으로 필요한 문제점이 있다. 이는 가스크로마토그래피가 컬럼을 써서 가스를 운반시켜 밀어내면서 측정을 하게 되는데 밀어내는 가스가 필요하고, 검출하기 위해 불꽃을 발생시키기 위한 수소가스도 항시 필요하기 때문이며, 이로 인해 많은 공간을 필요로 하고, 관리가 어려우며, 관리비용이 많이 들고, 가스로 인한 사고의 위험성이 항상 따른다.In order to continuously operate a gas chromatographic analysis system operating in a rice field site gas analysis laboratory, continuous consumption and replacement of various types of high pressure and high purity gases (eg nitrogen, helium, hydrogen, air, etc.) There is a problem that additional cost is required, periodic high-pressure gas management and various consumable replacement are required. In other words, when gas chromatography is used, there is a continuing need for consumable gases used to operate the equipment. This is because the gas chromatography is carried out by pushing and pushing the gas by using the column, the gas is required to be pushed out, and the hydrogen gas for generating the flame for detecting is also always required, which requires a lot of space, Difficult to manage, costly to manage, and always at risk of gas accidents.
아울러, 복수개의 챔버로부터 같은 시간 동안(예, 30분)의 가스시료를 동시에 포집해야 하므로 임시로 보관한 후에 이를 순차적으로 1대의 가스크로마토그래프로 분석하는 방법은 현실적으로 분석시간이 많이 소요되며 보관하는 동안 작은 부피(0.03 L)의 시료의 잠재적인 농도 변화로 인해 정확성이 저하될 수 있는 문제점이 있다. 다시 말해, 모든 챔버에 대하여 동일한 시간대의 샘플을 확보해야 하기 때문에 채집은 동시에 이루어지며, 측정은 순차적으로 하게 되므로 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다. In addition, it is necessary to simultaneously collect gas samples from a plurality of chambers for the same period of time (for example, 30 minutes). Therefore, the method of temporarily storing the gas samples and sequentially analyzing them by using one gas chromatograph, There is a problem that accuracy may be degraded due to a potential concentration change of a sample of a small volume (0.03 L). In other words, since sampling is required for all the chambers at the same time, sampling is carried out at the same time, and the measurement is performed sequentially, thereby decreasing the reliability.
한국등록특허 제10-0992876호에서는 농업용 온실가스 측정 장치 및 이를 이용한 온실가스 측정방법이 개시되어 있다.Korean Patent No. 10-0992876 discloses an apparatus for measuring greenhouse gases for agriculture and a method for measuring greenhouse gases using the same.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자동개폐형 가스 플럭스 챔버를 이용하여 벼 경작지 현장의 벼 재배로 인해 발생되는 벼 경작지 현장의 메탄 가스를 채취하고, 폐쇄경로형 가스분광측정장치를 이용하여 채취된 시료의 가스 배출 농도를 연속적으로 실시간 모니터링할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for collecting methane gas in rice field cultivation sites, And to provide a technique capable of real-time continuous monitoring of gas discharge concentration of a sample collected using a spectrometer.
또한, 복수개 챔버들의 내부에서의 메탄 가스 배출 농도를 동시에 파악할 수 있는 기술을 제공하는데 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a technique capable of simultaneously grasping the concentration of methane gas emission in a plurality of chambers.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 복수 챔버를 갖는 배출 가스 농도 실시간 연속 모니터링 시스템은 덮개, 팬, 시료채취구 및 시료환원구를 포함하는 복수의 챔버(100), 상기 복수의 챔버(100)와 연결되어 각 챔버(100)의 덮개와 팬을 제어하고, 온도 및 압력을 모니터링하는 챔버관리부(200), 각 챔버(100)의 시료채취구와 일측이 연결되는 제1 이송라인(150), 각 챔버(100)의 시료환원구와 일측이 연결되는 제2 이송라인(160), 가스입구 및 가스출구를 포함하고, 상기 가스입구가 상기 제1 이송라인(150)의 타측과 연결되어 상기 제1 이송라인(150)으로부터 유입된 가스의 성분을 분석하는 복수의 가스분광분석부(300), 상기 가스분광분석부(300)의 가스출구와 일측이 연결되며, 상기 가스분광분석부(300)로부터 배출된 가스의 유량을 측정하는 복수의 유량계(400), 흡입부 및 토출부를 포함하고, 상기 흡입부와 상기 유량계(400)의 타측이 연결되고, 상기 토출부와 상기 제2 이송라인(160)의 타측이 연결되는 복수의 펌프(500), 상기 챔버관리부(200) 및 복수의 가스분광분석부(300), 유량계(400) 및 펌프(500)와 연결되어, 상기 챔버관리부(200), 가스분광분석부(300) 및 유량계(400)로부터 전송된 정보를 관리하고, 각 펌프(500)를 제어하여 시료채취구로부터 시료환원구까지 연결된 유로상의 가스의 흐름을 제어하는 관리부(600); 및 In order to solve the above problems, an exhaust gas concentration real-time continuous monitoring system having a plurality of chambers according to the present invention includes a plurality of
상기 관리부(600)와 연결되며, 상기 관리부(600)에 제어명령을 전달하고, 상기 관리부(600)로부터 전달받은 정보를 실시간 모니터링 하는 사용자 단말부(700)를 포함하되, 상기 복수의 챔버(100)는 다수 개의 챔버 군으로 나뉘고, 각각의 챔버 군은 동일한 싸이클을 갖되 서로 다른 시간대에 챔버가 밀폐되어, 동일한 챔버 군 내의 배출 가스에 대해서는 동일한 시간대에 배출 가스 농도를 측정할 수 있고, 상기 사용자 단말부(700)를 통해 24시간 연속 모니터링이 가능한 것을 특징으로 한다.And a
또한, 챔버 내 가스 몰분율을 측정한 데이터를 이용하여 챔버를 밀폐한 시간 동안 가스배출 농도를 산정하고, 챔버 내 가스 몰분율의 변화량을 근거로 챔버의 밀폐 성능을 분석하고, 챔버를 열고 챔버 내 가스 몰분율이 대기중 몰분율과 유사하게 되는 시간을 근거로 팬의 성능을 분석하는 것을 특징으로 한다.Further, the gas discharge concentration is calculated for a time period during which the chamber is closed by using the data obtained by measuring the gas molar fraction in the chamber, the sealing performance of the chamber is analyzed based on the variation amount of the gas molar fraction in the chamber, And the performance of the fan is analyzed on the basis of the time that is similar to the mole fraction in the atmosphere.
일정시간 각 챔버 군이 닫혀 있는 시간이 겹치도록 한 후 챔버를 닫고 있는 시간이 겹쳐지는 구간의 데이터를 분석하고, 챔버를 닫은 초기 시간 동안 챔버 내 가스 몰분율의 변화량과 챔버를 닫은 말기 시간 동안 챔버 내 가스 몰분율의 변화량을 비교하여 가스 배출 농도 측정의 신뢰성을 판단하는 것을 특징으로 한다.The data of the section in which the time for closing the chambers are overlapped and the time for closing the chambers for the predetermined period of time are overlapped, and the amount of change in the gas mole fraction in the chamber during the initial time when the chamber is closed, The reliability of the gas discharge concentration measurement is judged by comparing the amount of change of the gas molar fraction.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치에 의하면, 챔버 내부의 가스시료를 챔버 내부 부피(예, 432 L) 대비 충분한 공기시료의 양(예, 1.5 L/min)을 연속 분석에 사용하고 다시 챔버 내부로 환원시킴으로서 실시간 시료의 대표성을 확보할 수 있는 효과가 있다.According to the multi-channel spectrometer according to the embodiment of the present invention, the gas sample inside the chamber is used for continuous analysis of the amount of air sample (for example, 1.5 L / min) compared with the chamber internal volume (for example, 432 L) And the inside of the chamber is returned to the inside of the chamber, it is possible to secure the representativeness of the real-time sample.
또한, 극히 짧은 측정주기(예, 1초에 10번 측정데이터 확보)로 인해 진정한 의미의 실시간 온라인 모니터링이 가능하여 온실가스 배출 농도 측정값의 정확성과 정밀성을 모두 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, real-time on-line monitoring in real terms is possible due to an extremely short measurement cycle (for example, 10 measurement data per second), thereby improving the accuracy and precision of the measured value of the greenhouse gas emission concentration.
또, 가스분광측정 장치의 온라인 운용이 가능함으로써 가스크로마토그래피 분석시스템을 운용하기 위한 고압가스들의 소모가 불필요하여, 분석기기 운용 비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the gas spectrometer can be operated on-line, it is unnecessary to consume the high-pressure gas for operating the gas chromatograph analysis system, thereby greatly reducing the operation cost of the analyzer.
또한, 가스분광측정 장치의 교정주기에 따라 교정하는 것으로, 교정작업이 매번 필요한 가스크로마토그래프를 이용하는 방식보다 훨씬 간단하고 편리하게 측정이 가능하며 이로 인해 경비를 줄이고 측정 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, by calibrating according to the calibration period of the gas spectrometer, it is possible to perform measurement much easier and more convenient than the method using the gas chromatograph, which requires calibration every time, thereby reducing the cost and increasing the measurement reliability .
아울러, 복수개의 챔버로부터 동시에 가스를 이송하여 다중채널로 가스분광측정 장치를 이용하여 실시간 연속 동시 측정을 하면서 다시 시료를 챔버 내부로 회수되도록 함으로써 챔버 내부의 가스농도 변화를 없앨 수 있어 시료가스의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, since gas is simultaneously transferred from a plurality of chambers and simultaneously, simultaneous simultaneous measurement is performed in real time using a gas spectrometer in multi-channel, and the sample is returned to the inside of the chamber, the change in gas concentration inside the chamber can be eliminated, Can be secured.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치를 이용한 챔버 내부 가스 농도 모니터링 방법에 의하면, 챔버 내 가스 몰분율의 변화하는 정도를 근거로 가스배출 농도 산정뿐 아니라 챔버의 밀폐 성능 분석 및 팬의 성능 분석도 가능한 효과가 있다.According to the method for monitoring the internal gas concentration in the chamber using the multi-channel spectrometer according to an embodiment of the present invention, not only the calculation of the gas discharge concentration but also the analysis of the sealing performance of the chamber and the performance Analysis is also possible.
아울러, 하루 24시간 연속 모니터링이 가능함으로써, 보다 신뢰성 높은 가스 배출 농도를 산정 할 수 있는 효과가 있다.In addition, since it is possible to continuously monitor 24 hours a day, more reliable gas discharge concentration can be calculated.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치의 개념도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치를 이용하고, 챔버로 가스 배출 농도 모사 챔버를 이용하여 미리 결정된 배출 농도의 가스를 챔버 내부에 분사하여 가스 배출 농도 모사 챔버 내부의 가스 농도를 보여주는 그래프
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치를 이용하고, 챔버로 가스 배출 농도 모사 챔버를 이용하여 가스 배출 농도 모사 챔버의 리크를 검사하는 예를 보여주는 그래프
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치를 이용한 챔버 내부 가스 농도 모니터링 방법의 개념도1 to 7 are schematic views of a multi-channel spectroscopic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic view illustrating a closed-path type gas spectrometer according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, a gas having a predetermined discharge concentration is injected into a chamber using a gas discharge concentration concentration chamber as a chamber, Graph showing the gas concentration of
9 is a graph showing an example of using a closed path type gas spectrometer according to an embodiment of the present invention and examining the leakage of a gas discharge concentration simulation chamber using a gas discharge concentration concentration chamber as a chamber
10 is a conceptual diagram of a method of monitoring a gas concentration in a chamber using a multi-channel spectrometer according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치는 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a multi-channel spectrometer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치의 개념도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치를 이용하고, 챔버로 가스 배출 농도 모사 챔버를 이용하여 미리 결정된 배출 농도의 가스를 챔버 내부에 분사하여 가스 배출 농도 모사 챔버 내부의 가스 농도를 보여주는 그래프이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치를 이용하고, 챔버로 가스 배출 농도 모사 챔버를 이용하여 가스 배출 농도 모사 챔버의 리크를 검사하는 예를 보여주는 그래프이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치를 이용한 챔버 내부 가스 농도 모니터링 방법의 개념도이다.FIGS. 1 to 7 are conceptual diagrams of a multi-channel spectroscopic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram illustrating a closed-path gas spectroscopic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 9 is a graph showing a gas concentration in a gas concentration concentration simulation chamber by injecting a gas having a predetermined discharge concentration into a chamber using a simulation chamber, and FIG. 9 is a graph showing a closed-path type gas spectroscopic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 10 is a graph showing an example in which the gas discharge concentration concentration simulation chamber is used as a chamber and the leakage of the gas discharge concentration concentration simulation chamber is inspected. FIG. 10 is a graph showing an example of the internal gas concentration Concentration monitoring method.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치를 벼 경작지 현장에서 메탄가스 배출 농도를 모사하기 위한 용도로 사용하는 예를 들어 설명하도록 한다. 벼 경작지현장과 메탄가스를 예로 들었으나 어느 곳이라도 미지의 시료가스(CH4, CO2, N2O, SF6, HFCs, PFCs, CFCs 등)의 확인이 필요한 현장(벼 경작지, 초지, 산림, 중전기 분야, 반도체 제조 공정, LCD 제조 공정, 폐기물 매립지 등)에 설치된 챔버를 이용하는 분야에 사용될 수 있다.Hereinafter, an example in which the multi-channel spectrometer according to an embodiment of the present invention is used for simulating the methane emission concentration at the rice field site will be described. (Rice field, grassland, forests, etc.) that require identification of unknown sample gas (CH 4 , CO 2 , N 2 O, SF 6 , HFCs, PFCs, CFCs, etc.) , Heavy electric field, semiconductor manufacturing process, LCD manufacturing process, waste landfill, etc.).
벼 경작지 메탄 가스 배출 농도 측정을 목적으로 전 세계적으로 표준화된 기술로 사용되고 있는 정적 가스 플럭스 챔버법(static gas flux chamber)은 벼가 재배되는 토양표면에 바닥이 없는 야외챔버를 설치하고 그 속의 메탄 가스 농도 변동으로부터 배출 농도를 측정한다. 이러한 챔버법은 비교적 저렴한 비용, 손쉬운 사용, 그리고 다양한 처리에 대한 실험구와 대조구 간의 비교 연구, 공간 또는 시간에서의 일치성과 반복 측정을 요하는 농작물 시험 연구에 유용하다고 알려져 있다. The static gas flux chamber, which is used as a standardized technology for the purpose of measuring the methane gas discharge concentration of rice cropland, is constructed by installing an outdoor chamber with no floor on the soil surface where the rice is grown, The discharge concentration is measured from the concentration fluctuation. This chamber method is known to be useful for relatively low cost, easy to use, and comparative studies of experimental and control groups for various treatments, and crop test studies that require consistency and repeatability measurements in space or time.
일반적으로 벼 경작지 현장에서 메탄 가스 배출 농도를 측정하기 위한 자동식 정적 가스 플럭스 챔버(automated static gas flux chamber)(야외챔버)방식은 자동식 정적 가스 플럭스 챔버를 벼 경작지 현장에 설치한 후, 벼 경작 시 발생되는 메탄 가스 시료를 자동식 정적 플럭스 챔버를 열어 놓은 상태에서 1번, 30분 동안 정적 플럭스 챔버를 폐쇄한 상태에서 다시 한 번, 총 2종의 미지의 메탄농도를 포함하는 공기 시료를 자동으로 포집한 후 자동 이송을 통해 이 벼 경작지 현장 분석실의 가스크로마토그래프(GC-FID)에 의해 메탄 농도를 측정하는 방식을 채택하고 있다.Generally, an automated static gas flux chamber (outdoor chamber) system for measuring the methane gas emission concentration at the rice field site is installed in the field of rice cultivation after installing the automatic static gas flux chamber, The methane gas sample was automatically closed with the static flux chamber closed for 1 minute and 30 minutes with the automatic static flux chamber open and once again an air sample containing the total of two unknown methane concentrations was automatically collected (GC-FID) of the rice field site analysis laboratory through automated transfer.
이러한 자동식 메탄 가스 시료 포집 이송 분석 시스템(automated measurement system integrating capture, transport and analysis of methane gas sample)을 이용한 메탄 가스 배출 농도를 측정하는 방식은 벼 경작기간 동안 매일 복수개의 야외챔버로부터 챔버 당 1일 6회 내지 최대 8회 정도 미지의 메탄 배출 농도들에 대한 측정결과를 얻는 방식이다. This method of measuring the methane gas emission concentration using an automated methane gas sampling system (automated measurement system integrating capture, transport and analysis of methane gas sample) is performed daily from a plurality of outdoor chambers It is a method to obtain the measurement results for unknown methane emission concentrations up to 8 times.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치는 챔버(100), 챔버관리부(200), 제1 이송라인(150), 제2 이송라인(160), 가스분광분석부(300), 유량계(400), 펌프(500) 및 관리부(600)를 포함하여 구성된다.1, a multi-channel spectrometer according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
챔버(100)는 덮개, 팬, 시료채취구 및 시료환원구를 포함하여 구성된다.The
야외 현장의 토양이나 농작물 등으로부터 배출되는 미지의 가스 배출 농도를 가스크로마토그래피에 의해 측정하는 방법은 챔버의 덮개를 열고 일정시간 경과 후 챔버 내부에서 측정하고자 하는 가스의 농도가 대기중 농도와 같아졌다는 가정하에 챔버 내부의 가스시료를 포집하여 제1 가스농도를 측정하고, 챔버의 덮개를 닫고 일정시간 경과 후 챔버 내부의 가스시료를 포집하여 제2 가스농도를 측정한 후, 제2 가스농도 측정값과 제1 가스농도 측정값의 차이와 챔버의 덮개를 닫은 후 챔버 내부의 가스시료를 포집하기까지의 시간을 근거로 가스 발생량을 측정하였다. 하지만 챔버를 닫은 후 시료를 포집하게 되면 미량이나마 챔버 내부의 가스 농도에 변화가 생길 수 있고, 이로 인해 연속적으로 가스를 포집하게 되면 포집된 가스의 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치의 챔버(100)는 상기 시료채취구 및 시료환원구를 포함하여 구성되며, 상기 시료채취구를 통해 가스시료를 채취하여 분석이 끝난 가스시료를 상기 시료환원구를 통해 상기 챔버(100)에 환원시킴으로써 상기 챔버(100) 내 가스 농도에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다. The method of measuring the concentration of the unknown gas discharged from the soil or crops in the outdoor field by gas chromatography is as follows. After the lid of the chamber is opened, the concentration of the gas to be measured in the chamber is equal to the atmospheric concentration The gas sample in the chamber is collected under the assumption, and the first gas concentration is measured. After the lid of the chamber is closed, the gas sample in the chamber is collected after the lapse of a predetermined time to measure the second gas concentration, And the difference between the first gas concentration measurement value and the time taken to collect the gas sample in the chamber after closing the lid of the chamber. However, if the sample is collected after closing the chamber, there may be a slight change in the gas concentration in the chamber, and if the gas is continuously collected, the reliability of the collected gas is lowered. In order to solve such a problem, the
챔버관리부(200)는 상기 챔버(100)와 연결되어 상기 챔버(100)의 덮개와 팬을 제어하고, 온도 및 압력을 모니터링 한다.The
상기 챔버관리부(200)는 상기 챔버(100)의 덮개를 열고 상기 팬이 챔버 내부의 가스를 휘산시켜서 빠르게 대기중의 농도와 균일하게 만들어 주며, 일정시간 경과 후, 상기 챔버(100)의 덮개를 닫고 상기 팬이 챔버 내부의 가스 농도를 균일하게 만들어 준다. 상기 챔버(100)의 덮개를 열어두는 시간은 챔버 내부의 가스 농도가 대기중 농도에 도달하는 시점을 기준으로 결정할 수 있고, 상기 챔버(100)의 덮개를 닫아두는 시간은 가스 배출 농도를 측정하기에 적합한 시간을 미리 결정하여 운용할 수 있다. 일반적으로 30분 정도의 시간동안 상기 챔버(100)의 덮개를 닫아두는 것이 바람직하다. The
또한, 상기 챔버관리부(200)는 가스 농도의 측정에 중요한 요인인 온도, 습도 및 압력을 모니터링 한다.In addition, the
제1 이송라인(150)은 상기 시료채취구와 일측이 연결된다.The
제2 이송라인(160)은 상기 시료환원구와 일측이 연결된다.The
가스분광분석부(300)는 가스입구 및 가스출구를 포함하여 구성되며, 상기 가스입구가 상기 제1 이송라인(150)의 타측과 연결되며, 상기 제1 이송라인(150)으로부터 유입된 가스의 성분을 분석한다. 여기서, 상기 가스분광분석부(300)는 온라인 분광기기, 가스분광분석기(TDLAS: Tunable Diode Laser Absorption Spectrometer) 등을 사용할 수 있다.The gas
야외 현장의 토양이나 농작물 등으로부터 배출되는 미지의 가스 배출 농도를 가스크로마토그래피에 의해 측정하는 방법은 자동화된 플럭스 챔버 시스템이라고 하더라도 챔버 내 가스 배출 농도의 핵심 인자인 농도의 변화를 실시간으로 측정하는 것이 아니라 챔버의 덮개를 열은 후 한번, 닫은 후 한번씩 측정하는데 급급하고, 가스시료 채취에 소요되는 시간이외에도 해당 가스종의 가스분리컬럼 상의 체류시간 시간이 최소 수분이상 소요되므로 진정한 의미의 실시간이 되지 못하며, 복수개의 챔버 내 가스 플럭스 상황을 동시에 연속적으로 실시간 파악할 수 없다는 문제점이 있다. The method of measuring the concentration of the unknown gas discharged from the soil or crops in the outdoor field by gas chromatography is to measure the change in the concentration which is a key factor of the gas discharge concentration in the chamber in real time even if it is an automated flux chamber system In addition to the time required to collect the gas sample, the residence time on the gas separation column of the gas species takes at least a few minutes, so it can not be realized in real time. , There is a problem in that it is impossible to simultaneously grasp the gas flux states in a plurality of chambers continuously in real time.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치의 가스분광분석부(300)는 기존의 가스크로마토그래피에 의존하던 방식에서 탈피하여 측정 대상의 챔버에 적합하도록 폐쇄경로형 가스분광분석기(예, CP-TDLAS: Closed Path Tunable Diode Laser Absorption Spectrometer)를 사용함으로써, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결하였다.The gas
전북 김제시 부랑면 신용리 국립농업과학원 관할 시험장을 예를 들어 설명하도록 한다. 벼 경작지 현장 챔버 내부(예, 432 L)에서 포집된 가스(예, 총 0.3 L이 포집)가 가스크로마토그래프로 이송되어 분석컬럼에 사용(예, 가스크로마토그래프의 시료루프에 0.003 L만 사용됨)되고 외기로 버려진다. 포집된 가스시료의 양이 챔버 내부 용적에 비해 극히 작아서 팬을 가동한다 하더라도 챔버 내부의 완벽한 혼합이 이루어지지 않는 이상 모집단을 대표하는 표본의 크기 비율(예, 전체 공기부피 중 0.07%만 시료포집되어 0.0007%만 분석에 소모됨)이 너무 작아 측정값의 대표성에 문제가 있다. 다시 말해, 0.3 L가 챔버 내부를 대표할 수 있는 평균농도 이어야 하지만 이에 대한 신뢰성을 확인할 방법이 없는 문제가 있다. 예를 들어, 하루 8번 측정하는 경우, 그 8번이 그날을 대표할 만한 값인지를 확인할 수 있어야 하는데 이를 확인할 방법이 없다. 또한 농도 분석에 사용된 가스시료도 너무 적어 대표성이 떨어지는 문제점이 있다. 이는 기존의 자동식 정적 챔버 내부의 메탄 가스 시료를 순차 적으로 혹은 동시에 포집 보관한 후 순차적으로 가스크로마토그래프로 시료 가스분석을 수행하는 방식으로, 근본적으로 비실시간 간헐측정으로 인해 발생되었던 문제점들 이다.Describe as an example the test site of the National Institute of Agricultural Science and Technology in Chungbuk, Gimje City, Jeonbuk Province. (Eg, a total of 0.3 L) is transferred to the gas chromatograph and used in the analytical column (eg, only 0.003 L is used in the sample loop of the gas chromatograph) And is thrown away into the open air. As the amount of collected gas sample is extremely small compared to the volume inside the chamber, even if the fan is operated, the size ratio of the representative sample of the population (for example, only 0.07% of the total air volume is sampled 0.0007% is consumed in the analysis) is too small to represent the measurement value. In other words, although 0.3 L should be an average concentration that can represent the inside of the chamber, there is a problem that there is no way to confirm the reliability thereof. For example, if you are measuring eight times a day, you should be able to determine if the eight are representative of the day, but there is no way to confirm it. In addition, there is a problem that the gas sample used for the concentration analysis is too small to be representative. This is a problem that is caused by the non-real-time intermittent measurement which is basically performed by sequential or simultaneous collection and storage of the methane gas samples in the existing automatic static chamber and the subsequent analysis of the sample gas by the gas chromatograph.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치의 가스분광분석부(300)는 벼 경작지 현장 챔버 내부의 가스시료를 가스분광분석부까지 이송할 때 챔버 내부 부피(예, 432 L) 대비 충분한 공기시료의 양(예, 1.9 L/min)을 연속 분석에 사용하고 분석에 사용된 가스는 다시 챔버 내부로 환원시킴으로서 실시간 시료의 대표성을 확보할 수 있다. 다시 말해, 가스크로마토그래피를 이용하게 되면 432 L 중 0.3 L채취하여 분석에 사용하므로 샘플 비율이 0.07%(시료의 대표성)로 매우 낮지만, 가스분광측정부(300)를 이용하게 되면 432 L 중 분당 약 2 L(2 L/min)의 시료를 30분동안 실시간으로 분석하기 때문에 60 L(13%)의 시료를 분석할 수 있음으로써, 약 200배 시료채취량이 증가시킴으로써 시료의 대표성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. The
또한, 벼 경작지 현장 챔버가 개방되었을 때 최초 시간(챔버 개방 후 일정시간 경과 후)의 공기 시료를 채취 이송하여 1회 분석하고, 챔버 폐쇄 후 30분간 온실가스가 누적되는 것을 기다린 후 공기시료를 채취하여 1회 분석하므로 이 두 농도 차에 근거하여 가스 배출 농도를 측정할 경우, 측정의 반복성 확인이 불가능하다는 한계가 있다. 다시 말해, 문제가 발생되었을 때 그 시간대의 환경을 재현할 수 없다는 문제가 있다. 예를 들어, 초기 농도가 일반 대기 수준이상으로 분석된 경우, 그 시간대의 환경을 재현하여 다시 측정할 수 없는 문제가 있으며, 측정값이 잘못 나온 이유가 분석기기의 교정상태가 불량인지 혹은 이송라인의 세척상태가 불량인지, 혹은 챔버 상단 혹은 하단에 부착된 환기용 팬들의 구조적인 문제로 챔버 내 환기가 제대로 되지 않는 것인지 등을 확인할 수 없는 문제가 있고, 이로 인해 배출 농도 값의 신뢰성 파악이 어려운 문제가 있다.In addition, air sample is collected and transported for the first time (after a lapse of a certain time after chamber opening) when rice field cultivation chamber is opened, and once air is sampled after waiting for accumulation of greenhouse gas for 30 minutes after chamber closing, Therefore, there is a limitation that it is impossible to confirm the repeatability of the measurement when measuring the gas discharge concentration based on these two concentration differences. In other words, there is a problem that when the problem occurs, the environment at that time can not be reproduced. For example, if the initial concentration is analyzed above the normal atmosphere level, there is a problem that the environment at that time period can not be reproduced and measured again, and the reason why the measurement value is wrong is whether the calibration state of the analyzer is bad, Or whether the ventilation in the chamber is not properly performed due to the structural problem of the ventilating fans attached to the upper or lower part of the chamber. In this case, it is difficult to grasp the reliability of the discharge concentration value there is a problem.
또, 분석이 정상적으로 이루어 졌어도 시료의 포집이 잘못되면 배출 농도 값에 대한 신뢰성이 없다. 이는, 분석을 여러번 할 수 없기 때문에 시료의 포짐이나 측정을 한번이라도 잘못 하게 되면 배출 농도에 대한 신뢰성이 크게 떨어지게 된다. 이러한 문제가 발생되는 근본적인 이유는 시료를 간헐포집(채취)하기 때문이다.In addition, even if the analysis is normally performed, there is no credibility of the discharge concentration value if sample collection is wrong. This is because the analysis can not be repeated many times, so once the sample is purged or measured, the reliability of the discharge concentration is greatly reduced. The fundamental reason for this problem is that the sample is collected intermittently.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치의 가스분광분석부(300)는 벼 경작지 현장분석실에서 챔버 내부의 온실가스 배출 상황을 파악할 수 있도록 극히 짧은 측정주기(예, 검출기의 성능에 의해 1초에 약 10개의 원데이터를 3초간 평균하여 산출된 평균 측정데이터 1개를 획득함)로 가스 농도를 측정함으로써 진정한 의미의 실시간 온라인 모니터링이 가능하도록 고안된 자동측정시스템으로 온실가스 배출 농도 측정값의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 측정 신뢰성에 대한 가장 기초적인 잣대로서 사용되는 측정결과의 정밀성 면에서 30분 동안 실시간으로 연속 모니터링하게 되므로, 경작지 현장측정분석실에서 3초에 1개의 데이터를 얻도록 설정했다면 30분 동안 총 600개의 데이터를 얻게 되므로, 가스크로마토그래프에 의한 오직 처음과 30분에서의 배출 농도 측정값은 겨우 2개의 데이터를 확보하는 것에 비해 약 12배 이상 향상시킬 수 있다. 다시 말해, 단순히 30분간 최초와 최종 측정값들간의 변화량만 파악하는 것이 아니라 챔버 내 가스 배출 상황을 보다 면밀하고 모니터링 할 수 있다. 이는, 30분간 최초와 최종 측정값만 얻는 수준이 아니라 챔버 내 가스 농도의 연속적인 변화 상황과 추이를 모니터링 함으로써 가스 배출 농도 값을 상대적으로 적은 노력과 비용으로 벼 경작지 현장에서의 가스배출량 값의 신뢰성을 향상시키기 위함이다. The gas
또, 챔버로부터 공기시료를 이송하여 가스크로마토그래피로 분석할 때, 근본적으로 시간차(수분 이상)가 발생하므로 비실시간, 비연속 측정이다. 그러므로 매우 짧은 시간의 급격한 발생량(예, 순간적으로 높은 배출 농도)나 상대적으로 짧은 시간 동안(예, 메탄 측정의 경우 30분간)의 온실가스 배출 농도 변화의 양상을 실시간 연속적으로 파악하기란 현실적으로 불가능한 문제가 있다. 다시 말해, 채취를 잘 했다고 하더라도 채취된 상황에서의 실시간이 아니고 분석시간 이후에 나타난 결과를 보게 된다. 분석에 최소 5~10분 이상 걸리게 되므로 비 실시간 적이며, 열고 한번 닫고 한번 측정했는데 결과가 비슷하면 어디에 문제가 있는지 알 수가 없다는 문제가 있다.In addition, when the air sample is transferred from the chamber and analyzed by gas chromatography, it is basically a non-real-time, non-continuous measurement because a time difference (more than several minutes) occurs. Therefore, it is impossible to grasp the continuous changes in the concentration of GHG emissions in a very short time (eg, instantaneous high emission concentration) or relatively short time (eg, 30 minutes in methane measurement) . In other words, even if you have a good sampling, you will see the results after the analysis time, not in real time in the sampled situation. It takes at least 5 to 10 minutes to analyze, so it is non-realistic, and once opened and measured once, there is a problem that if the results are similar, you can not know where the problem is.
또한, 벼 경작지현장 가스분석실에서 운용하는 가스크로마토그래피 분석시스템을 연속적으로 운용하기 위해서는 여러 가지 종류의 고압 고순도 가스들(예, 질소, 헬륨, 수소, 공기 등) 등의 연속적인 소모와 주기적인 교체로 인한 추가 비용이 필수적으로 소요되고 다양한 소모품 교체도 필요하다. 다시 말해, 가스크로마토그래피를 사용하게 되면 장비를 운용하기 위해서 사용되는 소모성 가스들이 지속적으로 필요하다. 이는, 가스크로마토그래피는 컬럼을 써서 가스를 운반시켜 밀어내면서 측정을 하게 되는데, 밀어내는 가스가 필요하고, 검출하기 위해 불꽃을 발생시키기 위한 수소가 항시 필요하다. 이러한 가스들은 고압가스이므로 안전한 취급과 관리가 항시 요구된다.In order to continuously operate the gas chromatographic analysis system operated in the rice field site gas analysis laboratory, continuous consumption of various kinds of high pressure and high purity gases (eg nitrogen, helium, hydrogen, air, etc.) Additional costs are required and a variety of consumable replacements are required. In other words, when gas chromatography is used, there is a constant need for consumable gases used to operate the equipment. This means that gas chromatography is carried out by pushing and pushing the gas using a column, which requires gas to be pumped, and hydrogen is always required to generate a flame to detect. Since these gases are high pressure gases, safe handling and management is always required.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치의 가스분광분석부(300)는 가스크로마토그래피 분석시스템을 운용하기 위한 고압가스들의 소모가 불필요하여 분석기기 운용 비용 및 공간을 크게 절감할 수 있다. The gas
복수개의 챔버에 대한 가스 농도를 측정하기 위해서는 복수개의 챔버로부터 동일 시간대의 샘플을 확보하기 위해, 같은 시간 동안(예, 30분)의 가스시료를 동시에 포집해야 한다. 가스크로마토그래피는 한 번에 하나의 시료씩 순차적으로 측정하여야 하므로 복수개의 챔버로부터 포집된 가스시료들을 임시로 보관한 후, 이를 순차적으로 1대의 가스크로마토그래프로 분석한다. 이는, 현실적으로 분석시간이 많이 소요되며 보관하는 동안 작은 부피(0.03 L)의 시료의 잠재적인 농도 변화로 인해 정확성이 저하될 수 있다. 다시 말해, 채집은 한 번에 하게 되고 분석은 순차적으로 하기 때문에 분석을 동시에 못한다는 점에서 측정의 정확성이 저하될 수 있다.In order to measure the gas concentration for a plurality of chambers, gas samples should be collected at the same time (for example, 30 minutes) at the same time in order to obtain samples from the plurality of chambers at the same time. Since gas chromatography should be sequentially measured one sample at a time, it is necessary to temporarily store gas samples collected from a plurality of chambers and sequentially analyze them by one gas chromatograph. This is realistically time-consuming to analyze and may degrade the accuracy due to the potential concentration change of the small volume (0.03 L) sample during storage. In other words, the accuracy of the measurement may deteriorate in that the sampling is performed at one time and the analysis is sequential so that the analysis can not be performed at the same time.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치의 가스분광분석부(300)는 벼 경작지 현장분석실에서 표준가스 고압 실린더로 한번 교정하면 수 개월 동안 연속 사용이 가능하다. 또한, 정확한 측정값을 얻기 위해서 표준가스와의 비교를 통한 교정작업이 매번 필요한 가스크로마토그래프를 이용하는 방식보다 훨씬 간단하고 편리하게 측정이 가능하다. 다시 말해, 교정주기에 근거하여 교정수행을 실시하면 상기 가스분광분석부(300)의 신뢰성을 확보할 수 있으므로, 가스크로마토그래피를 이용한 배출 농도 측정에 필수적으로 사용되던 샘플백과 표준가스 실린더의 사용이 불필요하여 경비도 절감되고 가스 배출 농도에 대한 측정 신뢰성도 높아진다.The gas
아울러, 챔버법에 의한 가스 배출 농도 측정에 있어서, 종래에 가스크로마토그래피를 이용할 경우 하루 8번 정도 측정이 가능하나 본원발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치를 이용하면 외부로의 가스 누출이 없을 경우 24시간 연속 모니터링 즉, 하루 종일 연속 측정도 가능하다. 그러나 일반적으로 벼 경작지현장에 설치되는 챔버의 경우 위쪽은 덮개로 막혀있고, 아래쪽이 흙과 물 등으로 막혀있다고는 하나 챔버 내의 가스 압력이 높아질 경우 챔버 내의 가스가 챔버 외부로 누출될 우려가 있으므로 적당한 시간 간격으로 챔버를 개방해 주는 것이 바람직하다.In the measurement of the gas discharge concentration by the chamber method, it is possible to measure about eight times a day when gas chromatography is conventionally used. However, when the multi-channel spectroscopic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention is used, In the absence of this, 24-hour continuous monitoring, that is, continuous measurement all day is possible. However, in general, in the case of a chamber installed in a field of rice cultivation, the upper part is clogged with a cover, and the lower part is clogged with soil and water. However, if the gas pressure in the chamber is increased, gas in the chamber may leak out of the chamber. It is desirable to open the chamber at time intervals.
일반적으로 20~60분 정도의 시간이 적당하며, 30분간 가스의 농도를 모니터링 하고 챔버를 개방할 경우, 메탄 플럭스를 최대 48번 얻을 수 있다. 즉, 하루 종일 연속 측정이 가능하므로 하루에 30분간 메탄 플럭스를 48번 얻을 수 있다.Generally 20 to 60 minutes is adequate, and if the gas concentration is monitored for 30 minutes and the chamber is opened, methane flux can be obtained up to 48 times. In other words, it is possible to measure continuously all day, so methane flux can be obtained 48 times per day for 30 minutes.
유량계(400)는 상기 가스분광분석부(300)의 가스출구와 일측이 연결되며, 상기 가스분광분석부(300)로부터 배출된 가스의 유량을 측정한다. 여기서, 상기 유량계(400)는 시료 가스의 유량을 검출할 수 있는 질량유량계(MFM: Mass Flow Meter) 등이 사용될 수 있으며, 시료 가스의 질량유량을 조절하는 질량유량컨트롤러(MFC: Mass Flow Controller) 등이 사용될 수 있다.The
펌프(500)는 흡입부 및 토출부를 포함하며, 상기 흡입부와 상기 유량계(400)의 타측이 연결되고, 상기 토출부와 상기 제2 이송라인(160)의 타측이 연결된다. 이는, 상기 챔버(100)로부터 제1 이송라인(150), 가스분광분석부(300), 유량계(400), 펌프(500) 및 제2 이송라인(160) 순으로 연결되며 다시 챔버(100)로 연결된 하나의 유동로를 통해 상기 가스분광분석부(300)에서 분석이 끝난 가스 시료를 챔버(100)로 환원시키기 위함이다.The
관리부(600)는 상기 챔버관리부(200), 가스분광분석부(300), 상기 유량계(400), 상기 펌프와 연결되며(500), 상기 펌프를 제어하여 상기 시료채취구로부터 상기 시료환원구까지 연결된 유로상의 가스의 흐름을 제어하고, 상기 챔버관리부(200), 가스분광분석부(300) 및 유량계(400)로부터 전송된 정보를 관리한다. 다시 말해, 상기 관리부(600)를 이용하여 상기 챔버(100)의 덮개를 열고 닫는 주기 및 팬의 기동시간 등을 설정할 수 있으며, 설정된 정보를 바탕으로 상기 챔버관리부(200)에 제어신호를 전달할 수 있고, 상기 챔버관리부(200)에서 모니터링한 온도, 습도 및 압력 등의 정보를 전달 받을 수 있다. 또한, 상기 가스분광분석부(300)로부터 분석된 가스(메탄 가스 등)의 농도 및 상기 유량계(400)로부터 계측된 유량정보 등을 전달 받을 수 있다.The
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치는 사용자 단말부(700)를 더 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the multi-channel spectroscopic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a
사용자 단말부(700)는 상기 관리부(600)와 연결되며, 상기 관리부(600)에 제어명령을 전달하고, 상기 관리부(600)로부터 전달받은 정보를 실시간 모니터링 한다. 여기서 상기 사용자 단말부(700)는 상기 관리부(600)에 제어명령을 전달할 수 있는 입력수단 및 상기 관리부(600)로부터 전달받은 정보를 디스플레이 하는 출력수단을 포함하여 구성될 수 있으며, 터치스크린 등을 이용하여 상기 입력수단 및 출력수단을 일체화 시켜 사용할 수도 있다.The
일반적으로 자동식 정적 플럭스 챔버(automated static flux chamber)(야외챔버)방식은 챔버, 챔버를 제어하기 위한 수단 및 가스크로마토그래피가 현장 가스분석실에 설치되어 운영되고 있으며, 상기 가스크로마토그래피 및 이와 함께 운용되는 다른 장비를 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치로 용이하게 교체하기 위해 다음과 같이 하나의 하우징(800) 안에 어셈블리화 시켜 사용할 수 있다.(도 3 내지 도 6 참조)In general, an automated static flux chamber (outdoor chamber) system is operated by a chamber, a means for controlling the chamber, and gas chromatography installed in a field gas analysis chamber. The gas chromatography and the gas chromatography In order to easily replace another apparatus with a multi-channel spectrometer according to an embodiment of the present invention, the apparatus can be assembled and used in one
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치는 가스분광분석부(300), 유량계(400), 펌프(500) 및 관리부(600)가 하나의 하우징(800) 안에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는, 챔버를 제어하기 위한 수단을 제외한 다른 구성을 하나의 하우징(800) 안에 포함시키는 것으로 챔버를 제어하기 위한 수단과 연결 가능한 포트를 구비하는 것이 바람직하며, 상기 포트를 통해 챔버를 제어하기 위한 수단과 통신이 이루어질 수 있다. 3, a multi-channel spectrometer according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치는 상기 챔버관리부(200), 가스분광분석부(300), 유량계(400), 펌프(500) 및 관리부(600)가 하나의 하우징(800) 안에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는, 상기 하우징(800) 안에 챔버를 제어하기 위한 수단인 상기 챔버관리부(200)를 더 포함시키는 것으로 상기 챔버(200)와 연결 가능한 포트를 구비하는 것이 바람직하며, 상기 포트를 통해 상기 챔버(200)를 제어하기 위한 통신이 이루어질 수 있다. 4, a multi-channel spectrometer according to an exemplary embodiment of the present invention includes the
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치는 가스분광분석부(300), 유량계(400), 펌프(500), 관리부(600) 및 사용자 단말부(700)가 하나의 하우징(800) 안에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는, 챔버를 제어하기 위한 수단을 제외한 다른 구성 및 사용자 단말부(700)를 하나의 하우징(800) 안에 포함시키는 것으로 챔버를 제어하기 위한 수단과 연결 가능한 포트를 구비하는 것이 바람직하며, 상기 포트를 통해 챔버를 제어하기 위한 수단과 통신이 이루어질 수 있고, 상기 사용자 단말부(700)를 이용하여 입출력이 가능하다. 5, a multi-channel spectrometer according to an embodiment of the present invention includes a
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치는 상기 챔버관리부(200), 가스분광분석부(300), 유량계(400), 펌프(500), 관리부(600) 및 사용자 단말부(700)가 하나의 하우징(800) 안에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이는, 상기 하우징(800) 안에 챔버를 제어하기 위한 수단인 상기 챔버관리부(200) 및 사용자 단말부(700)를 더 포함시키는 것으로 상기 챔버(200)와 연결 가능한 포트를 구비하는 것이 바람직하며, 상기 포트를 통해 상기 챔버(200)를 제어하기 위한 통신이 이루어질 수 있고, 상기 사용자 단말부(700)를 이용하여 입출력이 가능하다. 6, a multi-channel spectrometer according to an exemplary embodiment of the present invention includes the
상기 하우징(800)은, 제1 이송라인 연결부(151) 및 제2 이송라인 연결부(161)를 포함하여 구성될 수 있다. 이는, 상기 하우징(800)으로 인해 상기 제1 이송라인(150)과 상기 가스분광분석부(300)와의 연결 및 제2 이송라인(160)과 상기 펌프(500)와의 연결이 어려우므로 제1 이송라인 연결부(151) 및 제2 이송라인 연결부(161)를 이용하여 상기 제1 이송라인(150) 및 제2 이송라인(160)을 연결시키기 용이하 할 수 있다.The
제1 이송라인 연결부(151)는 상기 하우징(800) 일 측을 관통하여 형성되며, 일측이 상기 제1 이송라인(150)의 타측과 연결되고, 타측이 상기 가스분광분석부(300)와 연결된다.The first transfer line connection part 151 is formed through one side of the
제2 이송라인 연결부(161)는 상기 하우징(800) 일 측을 관통하여 형성되며, 일측이 상기 제2 이송라인(160)의 타측과 연결되고, 타측이 상기 펌프(500)와 연결된다.The second transfer line connecting portion 161 is formed through one side of the
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치에 있어서, 상기 챔버(100)는 하나 또는 복수개로 구성될 수 있으며, 상기 챔버(100)가 복수개로 구성될 경우, 상기 챔버(100)의 수와 동일한 수의 상기 제1 이송라인(150), 가스분광분석부(300), 유량계(400), 펌프(500) 및 제2 이송라인(160)을 포함하여 구성되며, 상기 제1 이송라인(150), 가스분광분석부(300), 유량계(400), 펌프(500) 및 제2 이송라인(160) 순으로 연결되어 형성된 하나의 가스 유동로가 하나의 챔버와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in FIG. 7, in the multi-channel spectroscopic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention, the
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치의 가스분광분석부(300)는 복수개의 챔버로부터 동시에 가스를 이송하여 가스분광분석부(300) 내부를 통과시켜 측정대상 가스시료와의 비접촉식으로 가스농도가 측정되고, 선택적으로 빠른 감응시간으로 실시간 연속 동시 측정을 할 수 있고, 측정에 사용된 가스 시료를 챔버 내부로 회수가 가능하다.In other words, the gas
도 8은 가스 배출 농도 모사 챔버를 이용하여 미리 결정된 배출 농도의 가스를 챔버 내부에 분사하여 가스 배출 농도 모사 챔버 내부의 가스 농도를 보여주는 그래프이다. 여기서 가스 배출 농도 모사 챔버는 벼 경작지 현장에 설치한 가스 포집용 자동식 정적 플럭스 야외챔버(automated static flux chamber)와 유사한 특징을 가질 뿐만 아니라, 기지의 가스 배출 농도를 결정하여 모사하고, 이를 제어하기 위한 장치로서, 가스 투입이 가능하고, 틈새가 없으며, 부피의 변화가 없기 때문에 자동식 챔버법에 의한 벼 경작지 메탄 발생량 측정 신뢰성 평가 기술 개발을 위한 실험에 사용하기 적합하며, 벼 경작지 현장의 현장가스분석실에 직접 설치하여, 이를 이용하여 손쉽게 측정신뢰성을 정량적으로 검증할 수 있다.8 is a graph showing the gas concentration inside the gas discharge concentration simulation chamber by injecting a gas having a predetermined discharge concentration into the chamber using the gas discharge concentration simulation chamber. Here, the gas discharge concentration simulation chamber has characteristics similar to those of an automated static flux chamber for gas collection installed at the rice field site, as well as for determining and simulating a known gas discharge concentration As a device, it is suitable to be used for the experiment to develop the reliability evaluation technology for measuring methane production amount of rice cropland by automatic chamber method because gas can be introduced, there is no gap, and volume is not changed. It is possible to quantitatively verify measurement reliability easily by using it directly.
도 8의 A구간은 가스 배출량 모사 챔버의 도어를 닫고, 미리 결정된 가스 배출량을 일정하게 유지하면서 가스를 분사한 구간이다. 이는, 가스 배출량과 모니터링 결과를 비교하여 측정결과의 신뢰성을 확인하기 위함이다. 다시 말해, A구간 동안 가스 배출량을 알기 때문에 측정결과와 비교하여 신뢰성을 확인할 수 있다.The section A in FIG. 8 is a section in which the door of the gas emission simulation chamber is closed and the gas is injected while a predetermined gas emission amount is maintained constant. This is to confirm the reliability of the measurement result by comparing the gas emission amount with the monitoring result. In other words, since the gas emission amount is known during the period A, the reliability can be confirmed by comparing with the measurement result.
도 8의 B구간은 가스의 분사를 중지한 구간으로 리크가 있는지 여부를 확인할 수 있다. 다시 말해, B구간 동안 농도 값의 변화가 없다면 가스 배출량 모사 챔버에 리크가 없어 밖으로 새는 가스가 없음을 보여준다. In section B of FIG. 8, it is possible to confirm whether or not there is a leak in the section where the injection of gas is stopped. In other words, if there is no change in the concentration value during section B, it shows that there is no leaking gas out of the gas emission simulation chamber.
도 8의 C~D구간은 모사챔버의 도어를 개방한 구간이다. C구간의 경사가 급하면 급할 수록 팬의 성능이 좋다는 것을 알 수 있다. 이는, 챔버 내부의 가스가 빠르게 휘산되어 대기중의 농도와 같아지는 시간이 빠른 것으로 판정할수 있다. 또, D구간은 대기중 농도가 일정한지의 확인 및 대기중 농도에 도달했는지를 확인할 수 있다. 이는, D구간동안 농도 값의 변화가 없는 것으로 확인 가능하다.The sections C to D of FIG. 8 are sections in which the door of the simulation chamber is opened. It can be seen that the performance of the fan is better as the slope of the section C rushes. It can be judged that the gas inside the chamber is rapidly volatilized and is equal in time to the atmospheric concentration. In section D, it can be confirmed whether the atmospheric concentration is constant and whether or not the atmospheric concentration has been reached. It can be confirmed that there is no change in the concentration value during the D section.
가스 배출량 모사 챔버를 예를들어 설명하였으나 벼 경작지에 설치하기 전의 벼 경작지 현장 챔버 등 모든 챔버에 적용 가능하다.Gas discharge simulation chamber has been described as an example, but it can be applied to all chambers such as rice cultivation field site chambers before being installed in rice field.
챔버법에 의한 가스 배출량의 측정은 처음농도(챔버 덮개를 열고 일정 시간 경과 후의 챔버 내 농도)와 나중농도(챔버 덮개를 닫고 일정 시간 경과 후의 챔버 내 농도)의 차이를 이용하여 측정한다.The measurement of the gas emission amount by the chamber method is carried out by using the difference between the initial concentration (the concentration in the chamber after the lapse of a predetermined time after opening the chamber lid) and the later concentration (the concentration in the chamber after closing the chamber lid after a certain period of time).
종래에는 일반적으로 2시간 이상 덮개를 열어놓은 상태로 방치하고 2시간 이상 기다렸으니 챔버 내부의 가스 농도가 대기중 농도와 같을 것으로 가정하고 대기중 농도를 측정하였다. 그러나 챔버 덮개를 오래 열어두었음에도 불구하고 대기중 농도보다 높게 측정되는 경우가 종종 발생(예: 일반적인 대기중 농도가 2PPM 인 경우 5PPM 이상으로 나오는 경우 발생)되었다. 이러한 경우 측정된 농도가 대기중의 농도보다 높게 측정된 이유가 챔버상의 문제인지, 측정기기상의 문제인지, 가스 이송관의 문제인지 등을 알 수 없으며, 이에 대한 신뢰성 있는 검증이 필요며, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치를 이용하여 가스 배출량의 실시간 연속 모니터링으로 이러한 문제를 해결할 수 있다.Conventionally, it was generally left for 2 hours or more with the lid open. After waiting for 2 hours or more, it was assumed that the gas concentration in the chamber was equal to the atmospheric concentration. However, even though the chamber lid has been open for a long time, it is often measured above the atmospheric concentration (eg, if the typical atmospheric concentration is 2PPM, it may occur above 5PPM). In this case, it is impossible to know whether the measured concentration is higher than the atmospheric concentration, whether it is a problem in the chamber, a problem in the measuring apparatus, a problem in the gas transfer pipe, and the like. Real-time continuous monitoring of gas emissions using a multi-channel spectrometer according to one embodiment of the present invention can solve this problem.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광측정장치를 이용하고, 챔버로 가스 배출량 모사 챔버를 이용하여 가스 배출량 모사 챔버의 리크를 검사하는 예를 보여주는 그래프로 일정시간(30분 가량) 미리 결정된 배출량의 가스를 분사한 후 가스 분사를 중단하고 가스 배출량 모사 챔버 내부의 가스 농도를 모니터링 하여 리크가 없음을 보여주고 있다. FIG. 9 is a graph showing an example of using a closed path type gas spectrometer according to an embodiment of the present invention and examining leakage of a gas emission simulation chamber using a gas emission simulation chamber as a chamber. ), The gas injection is stopped after a predetermined amount of gas is injected, and the gas concentration in the gas emission simulation chamber is monitored to show that there is no leakage.
가스 배출량 모사 챔버를 예를들어 설명하였으나 벼 경작지에 설치하기 전의 벼 경작지 현장 챔버 등 모든 챔버에 적용 가능하다.Gas discharge simulation chamber has been described as an example, but it can be applied to all chambers such as rice cultivation field site chambers before being installed in rice field.
챔버(벼 경작지 현장 챔버, 가스 배출량 모사 챔버 등)를 이용하는 챔버법에 있어서, 챔버에 리크가 없다는 것을 전제로 모든 측정이 이루어지게 된다. 그러므로 챔버에 리크가 없음을 확인할 수 있는 리크검사도 중요하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄경로형 가스분광 측정장치를 이용하면 챔버의 리크검사도 가능하다.In a chamber method using a chamber (a rice cultivated field chamber, a gas discharge simulation chamber, etc.), all measurements are made on the assumption that there is no leakage in the chamber. Therefore, it is also important to check the leak that the chamber is free of leaks. The use of a closed path type gas spectrometer according to an embodiment of the present invention enables leakage inspection of the chamber.
(μmol/mol)CRMs concentration (CH 4)
(μmol / mol)
(μmol/mol)Gas spectrometer measurement concentration
(μmol / mol)
표 1은 질소가스 기반으로 메탄가스의 농도가 다른 6종에 대한 검량선을 나타낸 것이다. 여기서, 검량선(Calibration Curve)이란 정량 분석에 사용되는 선도(線圖)로서, 농도를 알고 있는 각 종의 표준시료를 이용하여 분석 기기의 미터 지시도와 농도의 관계를 나타낸다. 다시 말해, 시료의 농도를 알려면 미리 시료를 기기에 걸어 미터의 지시도(指示度)를 보고 검량선과 비교하면 된다.Table 1 shows the calibration curves for six different methane gas concentrations based on nitrogen gas. Here, the calibration curve is a line used for quantitative analysis, and shows the relationship between the meter indication and the concentration of the analytical instrument using each standard sample of known concentration. In other words, if you want to know the concentration of the sample, put the sample on the instrument beforehand and compare the indicator with the calibration curve.
메탄 표준가스시료 6종(2.1013 μmol/mol ~ 50.9 μmol/mol)을 이용하여 각각의 표준물질에 대한 검량선을 측정한 결과이며, 장치의 교정수행을 실시한 예를 보여준다.The calibration curve for each standard material was measured using 6 types of methane standard gas samples (2.1013 μmol / mol to 50.9 μmol / mol). This shows an example of calibrating the device.
여기서 , 인증표준물질 농도는 가스의 정확한 농도를 의미한다. 또한, 지시농도는 계측기 상 표시되는 농도를 의미한다. 아울러 기기감응치는 계측기가 얼마만큼 정확하게 농도를 검출하는지 나타내며, 기기감응치가 일정하게 나온다면 인증표준물질 농도와 계측기 상의 농도와의 상관성이 높기 때문에 바람직하다.Here, the certified reference material concentration means the correct concentration of the gas. In addition, the indicated concentration refers to the concentration displayed on the meter. In addition, the instrument response value indicates how accurately the instrument detects the concentration, and if the instrument response value is constant, the correlation between the reference standard concentration and the concentration on the instrument is high.
표 2은 표 1의 기기감응치를 근거로 산출된 값을 나타낸 것이다.Table 2 shows the calculated values based on the instrument response values in Table 1.
여기서, 표준불확도는 
상대표준불확도는 평균대비 표준불확도를 말하며 
신뢰의 수준을 약 95% 준다면, 위 표를 근거로 계측장치에 대한 신뢰성 즉, 반복 측정의 직선성에 대한 불확실성은 약 95% 신뢰의 수준에서 6%(2×상대표준불확도)라고 보면 된다. If the level of confidence is about 95%, then the reliability of the measuring device based on the above table, ie, the uncertainty of the linearity of the repeated measurement, is 6% (2 × relative standard uncertainty) at the level of about 95% confidence.
다시 말해, ±6%안에 우리가 모르는 미지의 농도값이 들어온다고 보면 된다.In other words, within ± 6%, we can say that the unknown concentration value that we do not know comes in.
모르는 미지의 시료에 대한 몰분율 계산할 때, 기기 감응치를 구해서 농도로 환산할 수 있다.When calculating the mole fraction for an unknown sample, the instrument response value can be obtained and converted to the concentration.
x축이 인증표준물질 농도 농도, y축이 계측기 농도로 그래프를 그리면, 기울기는 평균값, 다시 말해, 교정곡선(검량선)이 되며, 계측기의 농도를 구하기 위해 계측기 농도와 교정곡선에 근거하여 계측기 농도를 인증표준물질 농도로 바꿀 수 있다.If the x-axis is the concentration of the certified reference material concentration and the y-axis is the graph of the instrument concentration, the slope becomes the mean value, that is, the calibration curve (calibration curve). In order to obtain the concentration of the instrument, To the certified reference material concentration.
메탄가스를 예로 들어 설명하자면, 질소가스 기본에 메탄가스를 넣은 가스시료를 질소 바탕 가스라고 하고, 질소와 산소를 대기와 유사한 혼합비로 혼합한 가스에 메탄가스를 넣은 가스시료를 인조 공기 바탕 가스라고 한다.For example, methane gas is a gas sample containing methane gas as a base gas and nitrogen gas as a base gas. A gas sample containing methane gas mixed with nitrogen and oxygen at a mixing ratio similar to that of the atmosphere is called an artificial air ground gas do.
*가스크로마토그래프를 이용하는 경우에는 일반적으로 바탕가스 즉 주요 조성인 매질이 달라지면 분석대상 미량 성분의 농도 분석값에 편의를 유발시킬 수 있다. 때문에 분석하고자 하는 시료의 매질인 일반공기 조성과 유사한 인조 공기 바탕 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 레이저분광방식(예, TDLAS)의 가스측정은 메탄의 흡수 스펙트럼에 대해 선택성이 우수하므로 질소를 제외한 다른 공기성분들의 선택적 흡수파장대(20.9% 산소 760 nm, 400 ppm 이산화탄소 1570 nm, 일반 공기 중 수분 1390 nm)와 벼재배 경작지에서 발생하는 수준(대기 중 2 ppm 배출가스 100 ppm 미만) 의 메탄 농도 측정을 위해 선택된 흡수선 파장(메탄 1650 nm)에 유의한 간섭은 없기 때문에, 즉 흡수 스펙트럼이 겹치는 부분이 미미하므로 메탄 측정값에 대한 유의한 차이를 유발하지 않는다. 따라서, 상기 매질의 차이에 의한 영향은 거의 없으며 메탄 농도만 정확하다면 질소 바탕가스 혹은 인조공기 바탕가스 중 어떤 것을 사용해도 된다는 장점이 있다.* When gas chromatograph is used, it is possible to bring convenience to the concentration analysis value of the trace amount of analyte when the background gas, that is, the medium of the main composition, is changed. Therefore, it is desirable to use artificial air ground gas similar to the general air composition which is the medium of the sample to be analyzed. The gas measurement of laser spectroscopy (eg TDLAS) is highly selective for the absorption spectrum of methane, so the selective absorption wavelength band of other air components except nitrogen (20.9% oxygen 760 nm, 400 ppm carbon dioxide 1570 nm, (methane 1650 nm) for the methane concentration measurement at the level of methane in the rice cultivation area (less than 100 ppm of 2 ppm of atmospheric emissions) in the rice cultivation area, ie, where the absorption spectrum overlaps It does not cause a significant difference in the methane measurement value. Therefore, there is little influence due to the difference of the medium, and if the methane concentration is correct, any of nitrogen gas or artificial air ground gas can be used.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중채널 분광측정 장치를 이용한 챔버 내부 가스 농도 모니터링 방법은 As shown in FIG. 10, the method for monitoring the internal gas concentration in the chamber using the multi-channel spectrometer according to an embodiment of the present invention
챔버(100), 챔버관리부(200), 제1 이송라인(150), 제2 이송라인(160), 가스분광분석부(300), 유량계(400), 펌프(500) 및 관리부(600)를 포함하는 다중채널 분광측정 장치를 이용한 챔버 내부 가스 농도 모니터링 방법에 있어서, 정보수집 단계(S10) 및 분석 단계(S20)를 포함하여 이루어진다.The
정보수집 단계(S10)는 일정 시간동안 챔버를 밀폐시킨 후 일정 시간동안 챔버를 개방시키는 것을 한 싸이클로, 챔버 내에 해당되는 정보를 수집한다.The information collecting step (S10) collects information corresponding to the chamber in a cycle in which the chamber is closed for a predetermined time and then the chamber is opened for a predetermined time.
벼 경작지 현장 등에서 가스 배출량을 측정하기 위해서는 가스 배출 지역에 챔버(100)를 설치하고 상기 챔버(100)를 밀폐한 후 상기 챔버(100) 내의 가스 농도의 변화량을 근거로 가스 배출량을 측정할 수 있다. 하지만 지속적으로 가스가 배출된다고 하면 상기 챔버(100)를 밀폐 시켰을 때, 상기 챔버 내의 압력이 일정 이상 올라가면 상기 챔버(100)를 밀폐하고 있는 힘이 상기 챔버(100) 내부의 압력에 밀려 잠깐 씩 개방될 수 있다.In order to measure the gas emission amount in the field of rice cultivation, the
*이는, 가스 배출량을 측정하는데 있어서 신뢰성을 떨어트리는 문제로 작용하며, 이를 방지하기 위해 챔버가 수용할 수 있는 압력보다 낮은 압력에서 챔버를 개방하여 대기중 가스 성분과 유사하게 환기를 시키는 과정을 반복하여 측정하여야 한다.In order to prevent this, it is necessary to open the chamber at a pressure lower than the pressure that can be accommodated in the chamber to ventilate similarly to the atmospheric gas component .
분석 단계(S20)는 상기 정보수집단계(S10)에서 수집된 정보를 근거로 가스배출량을 모니터링 하여, 가스배출 농도 산정, 챔버의 밀폐 성능 분석 및 팬의 성능 분석 중 선택되는 적어도 어느 하나를 수행한다.The analysis step S20 monitors at least one of the gas emission concentration, the sealing performance analysis of the chamber, and the performance analysis of the fan by monitoring the gas emission amount based on the information collected in the information collection step S10 .
챔버 내 가스 몰분율을 측정한 데이터를 이용하여 챔버를 밀폐한 시간 동안 가스배출 농도를 산정할 수 있고, 챔버 내 가스 몰분율의 변화량을 근거로 챔버의 밀폐 성능을 분석(예: 챔버를 닫고 챔버 내의 메탄농도가 올라가다 어느 순간 떨어지고가 반복되면 챔버 덮개가 챔버 내 압력에 의해 열렸다 닫혔다가 반복된다는 판단 등)할 수 있으며, 챔버를 열고 챔버 내 가스 몰분율이 대기중 몰분율과 유사하게 되는 시간을 근거로 팬의 성능을 분석(챔버를 열고 일정시간 경과 후 챔버 내의 메탄농도가 대기중 농도보다 높으면 팬에 문제가 있다는 판단 등)할 수 있다.The gas discharge concentration can be estimated for a time period during which the chamber is closed by using the data of the gas molar fraction in the chamber, and the sealing performance of the chamber can be analyzed based on the variation of the gas mole fraction in the chamber (for example, The chamber cover is opened and closed by the pressure in the chamber and repeats when the chamber is opened and the chamber cover is closed repeatedly at a certain time when the concentration rises and the like). When the chamber is opened and the gas molar fraction in the chamber becomes similar to the atmospheric molar fraction, Analyze the performance (if the concentration of methane in the chamber is higher than the atmospheric concentration after a certain period of time after opening the chamber, it may be determined that there is a problem with the fan).
이때, 상기 다중채널 분광측정 장치를 이용한 챔버 내부 가스 농도 모니터링 방법은 복수개의 챔버를 다수 개의 군으로 나누어, 각각의 챔버 군이 동일한 싸이클로 서로 다른 시간대에 챔버를 밀폐시키는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the method of monitoring a gas concentration in a chamber using the multi-channel spectrometer may divide a plurality of chambers into a plurality of groups, and each of the chambers closes the chambers at different times in the same cycle.
예를 들어, 30분간 챔버를 닫고, 30분간 챔버를 개방하는 것을 한 사이클로 하고, 30개의 챔버를 두 개의 군으로 나누어 하나의 챔버군이 30분간 챔버를 닫고, 다른 하나의 챔버군이 교대로 챔버를 닫아 측정하게 된다면 동시에 측정 가능한 챔버의 수는 반감되지만 24시간 연속 모니터링이 가능하다.For example, the chamber is closed for 30 minutes and the chamber is opened for 30 minutes, and 30 chambers are divided into two groups. One chamber group closes the chamber for 30 minutes, and the other chamber group alternately moves the chamber The number of chambers that can be measured at the same time is halved, but it is possible to monitor for 24 hours continuously.
이는, 하나의 군으로 일괄제어를 하게 되면 챔버를 개방하는 시간대에 발생되는 가스의 배출 농도를 측정할 수 없기 때문에 하루 24시간을 연속 모니터링 하기 위한 것이다.This is for continuous monitoring 24 hours a day because it is not possible to measure the concentration of the gas emitted in the time zone when the chamber is opened when the group is controlled collectively.
또는, 30분간 챔버를 닫고, 30분간 챔버를 개방하는 것을 한 사이클로 하고, 30개의 챔버를 세 개의 군으로 나누어 20분 간격으로 각각의 챔버 군을 가동하면 각각 10분씩 다른 챔버군과 챔버를 닫는 구간이 겹쳐져 24시간 연속 모니터링이 가능하다.Alternatively, if the chamber is closed for 30 minutes and the chamber is opened for 30 minutes, and 30 chambers are divided into three groups, the chambers are operated at intervals of 20 minutes. If the chambers are operated for 10 minutes, Can be monitored continuously for 24 hours.
챔버를 닫고있는 시간이 겹쳐지는 구간의 데이터를 분석하여 챔버를 닫은 초기 시간 동안 챔버 내 가스 몰분율의 변화량과 챔버를 닫은 말기 시간 동안 챔버 내 가스 몰분율의 변화량을 비교하여 이 두 변화량이 유사할 수록 가스 배출 농도 측정의 신뢰성이 높다고 할 수 있다.The data of the section in which the chamber closing time overlaps is analyzed to compare the amount of change in the gas mole fraction in the chamber during the initial time when the chamber is closed and the amount of change in the gas mole fraction in the chamber during the closing time of the chamber, The reliability of the emission concentration measurement can be said to be high.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
100: 챔버
150: 제1 이송라인
151: 제1 이송라인 연결부
160: 제2 이송라인
161: 제2 이송라인 연결부
200: 챔버관리부
300: 가스분광분석부
400: 유량계
500: 펌프
600: 관리부
700: 사용자 단말부
800: 하우징100: chamber
150: 1st transfer line
151: first transfer line connecting portion
160: 2nd transfer line
161: second conveying line connecting portion
200: chamber manager
300: gas spectrometry section
400: Flowmeter
500: pump
600:
700:
800: Housing
Claims (3)
상기 복수의 챔버(100)와 연결되어 각 챔버(100)의 덮개와 팬을 제어하고, 온도 및 압력을 모니터링하는 챔버관리부(200);
각 챔버(100)의 시료채취구와 일측이 연결되는 제1 이송라인(150);
각 챔버(100)의 시료환원구와 일측이 연결되는 제2 이송라인(160);
가스입구 및 가스출구를 포함하고, 상기 가스입구가 상기 제1 이송라인(150)의 타측과 연결되어 상기 제1 이송라인(150)으로부터 유입된 가스의 성분을 분석하는 복수의 가스분광분석부(300);
상기 가스분광분석부(300)의 가스출구와 일측이 연결되며, 상기 가스분광분석부(300)로부터 배출된 가스의 유량을 측정하는 복수의 유량계(400);
흡입부 및 토출부를 포함하고, 상기 흡입부와 상기 유량계(400)의 타측이 연결되고, 상기 토출부와 상기 제2 이송라인(160)의 타측이 연결되는 복수의 펌프(500);
상기 챔버관리부(200) 및 복수의 가스분광분석부(300), 유량계(400) 및 펌프(500)와 연결되어, 상기 챔버관리부(200), 가스분광분석부(300) 및 유량계(400)로부터 전송된 정보를 관리하고, 각 펌프(500)를 제어하여 시료채취구로부터 시료환원구까지 연결된 유로상의 가스의 흐름을 제어하는 관리부(600); 및
상기 관리부(600)와 연결되며, 상기 관리부(600)에 제어명령을 전달하고, 상기 관리부(600)로부터 전달받은 정보를 실시간 모니터링 하는 사용자 단말부(700); 를 포함하되,
상기 복수의 챔버(100)는 &^ 개의 챔버 군으로 나뉘고, 각각의 챔버 군은 동일한 싸이클을 갖되 서로 다른 시간대에 챔버가 밀폐되어, 동일한 챔버 군 내의 배출 가스에 대해서는 동일한 시간대에 배출 가스 농도를 측정할 수 있고, 상기 사용자 단말부(700)를 통해 24시간 연속 모니터링이 가능한 것을 특징으로 하는,
복수 챔버를 갖는 배출 가스 농도 실시간 연속 모니터링 시스템A plurality of chambers (100) including a cover, a fan, a sample collection port and a sample reduction port;
A chamber management unit 200 connected to the plurality of chambers 100 to control the lid and the fan of each chamber 100, and to monitor temperature and pressure;
A first transfer line 150 to which a sample collecting port of each chamber 100 is connected to one side;
A second transfer line 160 to which one side of the sample reduction unit of each chamber 100 is connected;
A gas inlet and a gas outlet, and the gas inlet is connected to the other side of the first transfer line 150 to analyze a component of the gas introduced from the first transfer line 150 300);
A plurality of flow meters (400) connected to one side of a gas outlet of the gas spectrometric analysis unit (300) and measuring a flow rate of gas discharged from the gas spectrometric analysis unit (300);
A plurality of pumps (500) including a suction part and a discharge part, the suction part being connected to the other side of the flow meter (400) and the discharge part being connected to the other side of the second transfer line (160);
The gas analyzing unit 300 and the flow meter 400 are connected to the chamber management unit 200 and the plurality of gas spectroscopic analysis units 300, the flow meter 400 and the pump 500, A management unit 600 for managing the transmitted information and controlling the flow of gas on the flow path from the sample collection port to the sample reduction port by controlling each pump 500; And
A user terminal unit 700 connected to the management unit 600 for delivering a control command to the management unit 600 and monitoring the information received from the management unit 600 in real time; , ≪ / RTI &
The plurality of chambers 100 are divided into a group of chambers, and each of the chamber groups has the same cycle, but the chamber is closed at different time zones, and the exhaust gas concentration in the same chamber group is measured at the same time zone And is capable of continuous monitoring through the user terminal unit (700) for 24 hours.
Real-time continuous monitoring system of exhaust gas concentration with multiple chambers
상기 복수 챔버를 갖는 배출 가스 농도 실시간 연속 모니터링 시스템은,
챔버 내 가스 몰분율을 측정한 데이터를 이용하여 챔버를 밀폐한 시간 동안 가스배출 농도를 산정하고,
챔버 내 가스 몰분율의 변화량을 근거로 챔버의 밀폐 성능을 분석하고,
챔버를 열고 챔버 내 가스 몰분율이 대기중 몰분율과 유사하게 되는 시간을 근거로 팬의 성능을 분석하는 것을 특징으로 하는,
복수 챔버를 갖는 배출 가스 농도 실시간 연속 모니터링 시스템3. The method of claim 2,
Wherein the exhaust gas concentration real-time continuous monitoring system having the plurality of chambers includes:
The gas discharge concentration is estimated for a time period in which the chamber is closed by using the data of the gas molar fraction in the chamber,
The sealing performance of the chamber is analyzed based on the amount of change in gas mole fraction in the chamber,
Characterized in that the performance of the fan is analyzed on the basis of the time when the chamber is opened and the gas molar fraction in the chamber becomes similar to the molar fraction in the atmosphere.
Real-time continuous monitoring system of exhaust gas concentration with multiple chambers
상기 복수 챔버를 갖는 배출 가스 농도 실시간 연속 모니터링 시스템은,
일정시간 각 챔버 군이 닫혀 있는 시간이 겹치도록 한 후 챔버를 닫고 있는 시간이 겹쳐지는 구간의 데이터를 분석하고,
챔버를 닫은 초기 시간 동안 챔버 내 가스 몰분율의 변화량과 챔버를 닫은 말기 시간 동안 챔버 내 가스 몰분율의 변화량을 비교하여 가스 배출 농도 측정의 신뢰성을 판단하는 것을 특징으로 하는,
복수 챔버를 갖는 배출 가스 농도 실시간 연속 모니터링 시스템
3. The method of claim 2,
Wherein the exhaust gas concentration real-time continuous monitoring system having the plurality of chambers includes:
The data of the section in which the time when the chamber is closed is overlapped after the time when each chamber group is closed for a predetermined time is overlapped,
Wherein the reliability of the measurement of the gas discharge concentration is determined by comparing the amount of change in the gas molar fraction in the chamber during the initial time when the chamber is closed and the amount of change in the gas molar fraction in the chamber during the terminal period when the chamber is closed.
Real-time continuous monitoring system of exhaust gas concentration with multiple chambers
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