KR20190063083A - 배기가스 희석분리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 원하는 크기의 입자를 선별하여 희석할 수 있는 배기가스 희석분리장치를 제공한다. 여기서, 배기가스 희석분리장치는 제1희석유닛, 제1입자분리유닛 그리고 제2희석유닛을 포함한다. 제1희석유닛은 배기가스가 이동되는 제1유로부와, 1차 희석공기가 배기가스와 혼합되도록 안내하는 제2유로부를 가지고, 배기가스 및 1차 희석공기가 혼합되어 1차 희석가스가 형성되도록 한다. 제1입자분리유닛은 1차 희석가스가 분사되는 제1노즐부와, 제1노즐부에서 분사되는 1차 희석가스에서 분리되는 제1타겟입자가 수용되는 제1챔버부와, 제1타겟입자 이외의 나머지 입자가 수집되는 제1수집부를 가진다. 제2희석유닛은 제1타겟입자가 토출되는 이젝터부와, 이젝터부에서 토출되는 제1타겟입자에 혼합되도록 2차 희석공기의 이동을 안내하는 제3유로부를 가지고, 제1타겟입자 및 2차 희석공기가 혼합되어 2차 희석가스가 형성되도록 한다.

Description

배기가스 희석분리장치{APPARATUS FOR DILUTING AND SEPARATING EXHAUST GAS}
본 발명은 배기가스 희석분리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원하는 크기의 입자를 선별하여 희석할 수 있는 배기가스 희석분리장치에 관한 것이다.
일반적으로 입자 희석장치는 샘플링한 입자의 농도가 입자계수기의 측정범위를 넘어서는 경우에, 입자계수기의 전단에 설치하여 샘플링한 입자를 일정한 희석비로 희석한 후에 입자계수기로 이송함으로써, 고농도의 샘플링 입자들까지도 측정할 수 있도록 하는 장치이다.
도 1은 종래의 입자 희석장치를 나타낸 예시도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 샘플링된 고농도의 입자는 입구(10)를 통해 희석장치에 유입된 후, 모세관 노즐(20)에서 일정한 유량비로 나뉘어지게 된다.
그리고 모세관 노즐(20)의 외부로 유동되어 흘러들어간 입자들은 고효율의 헤파필터(30)에서 모두 포집되어 입자가 제거된 청정공기(Clean Air)만이 통과하게 된다. 이 청정공기는 다시 희석기의 후단 출구(60)에서 모세관 노즐(20)를 통해 유입되었던 입자들과 혼합되어 일정한 희석비(Dilution ratio)를 가지게 된다. 그리고 이때의 희석비는 유량조절 밸브(40)와 차압계(50)를 사용하여 모세관 노즐(20)로 유입되는 유량을 제어함으로써 조절되게 된다.
그러나 이러한 종래의 입자 희석장치에서는 모세관 노즐에 달라붙게 되어 손실되는 입자가 많기 때문에 측정 정확도에 문제점이 발생할 수 있다. 그리고, 샘플링 시에 헤파필터(30)에 대부분의 입자가 부착되어 차압이 발생하게 되므로 지속적인 관리가 요구되고, 헤파필터(30)를 교체해주어야 하기 때문에 연속 사용이 어려운 문제점이 있다.
그리고, 종래의 입자계수기는 측정할 수 있는 입자 농도뿐만 아니라, 측정할 수 있는 입자 크기가 정해져 있다. 그런데 이러한 입자 농도 및 입자 크기를 넘어서는 입자가 입자계수기에 공급되는 경우, 측정 정확도가 낮아지거나 입자계수기의 고장 등이 유도되는 문제점이 있다. 따라서, 해당 입자계수기에 적합한 크기의 입자로 분류하고, 분류된 입자를 희석하기 위한 기술이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0116673호(2016.10.10. 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 원하는 크기의 입자를 선별하여 희석할 수 있는 배기가스 희석분리장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 배기가스가 이동되는 제1유로부와, 상기 제1유로부와 연결되고 1차 희석공기가 상기 배기가스와 혼합되도록 안내하는 제2유로부를 가지고, 상기 배기가스 및 상기 1차 희석공기가 혼합되어 1차 희석가스가 형성되도록 하는 제1희석유닛; 상기 제1희석유닛에서 배출되는 상기 1차 희석가스가 유입되어 분사되는 제1노즐부와, 상기 제1노즐부에서 분사되는 상기 1차 희석가스에서 분리되는 제1타겟입자가 수용되는 제1챔버부와, 상기 제1타겟입자 이외의 나머지 입자가 수집되는 제1수집부를 가지는 제1입자분리유닛; 그리고 상기 제1챔버부에서 배출되는 상기 제1타겟입자가 유입되어 토출되는 이젝터부와, 상기 이젝터부에서 토출되는 상기 제1타겟입자에 혼합되도록 2차 희석공기의 이동을 안내하는 제3유로부를 가지고, 상기 제1타겟입자 및 상기 2차 희석공기가 혼합되어 2차 희석가스가 형성되도록 하는 제2희석유닛을 포함하는 배기가스 희석분리장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 1차 희석가스가 고온희석 방법으로 형성되도록 상기 1차 희석공기는 150℃ 내지 250℃의 온도로 공급되고, 상기 2차 희석가스가 상온희석 방법으로 형성되도록 상기 2차 희석공기는 10℃ 내지 30℃의 온도로 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1노즐부는 제1지름으로 형성되는 하나 이상의 제1가속노즐을 가지고, 상기 제1수집부는 상기 제1가속노즐에 대향되도록 마련되며, 상기 제1지름보다 큰 제2지름으로 형성되는 제1수집노즐을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1입자분리유닛은 상기 제1수집부에 부압을 제공하는 제1펌프를 더 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1희석유닛 및 상기 제1입자분리유닛을 내측에 수용하고, 상기 제1희석유닛 및 상기 제1입자분리유닛을 가열하는 가열재킷을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1챔버부에서 배출되는 상기 제1타겟입자가 유입되어 분사되는 제2노즐부와, 상기 제2노즐부에서 분사되는 상기 제1타겟입자에서 분리되는 제2타겟입자를 상기 이젝터부로 안내하는 제2챔버부와, 상기 제2타겟입자 이외의 나머지 입자가 수집되는 제2수집부를 가지는 제2입자분리유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2노즐부는 하나 이상의 제2가속노즐을 가지고, 상기 제2수집부는 상기 제2가속노즐에 대향되도록 마련되는 제2수집노즐을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2입자분리유닛은 상기 제2수집부에 부압을 제공하는 제2펌프를 더 가질 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 제1유로부를 통해 공급되는 배기가스가 토출되는 이젝터부와, 1차 희석공기가 상기 이젝터부에서 토출되는 배기가스와 혼합되도록 안내하는 제2유로부와, 상기 배기가스 및 상기 1차 희석공기가 혼합되어 형성되는 1차 희석가스가 분사되는 제1노즐부와, 상기 제1노즐부에서 분사되는 상기 1차 희석가스에서 분리되는 제1타겟입자가 수용되는 제1챔버부와, 상기 제1타겟입자 이외의 나머지 입자가 수집되는 제1수집부를 가지는 희석분리유닛; 그리고 상기 희석분리유닛에서 배출되는 상기 제1타겟입자가 이동되는 제3유로부와, 상기 제3유로부와 연결되고 2차 희석공기가 상기 제1타겟입자와 혼합되도록 안내하는 제4유로부를 가지고, 상기 제1타겟입자 및 상기 2차 희석공기가 혼합되어 2차 희석가스가 형성되도록 하는 희석유닛을 포함하는 배기가스 희석분리장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 1차 희석가스가 고온희석 방법으로 형성되도록 상기 1차 희석공기는 150℃ 내지 250℃의 온도로 공급되고, 상기 2차 희석가스가 상온희석 방법으로 형성되도록 상기 2차 희석공기는 10℃ 내지 30℃의 온도로 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1노즐부는 제1지름으로 형성되는 하나 이상의 가속노즐을 가지고, 상기 제1수집부는 상기 가속노즐에 대향되도록 마련되며, 상기 제1지름보다 큰 제2지름으로 형성되는 수집노즐을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 희석분리유닛을 내측에 수용하고, 상기 희석분리유닛을 가열하는 가열재킷을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1유로부에 형성되는 통공에 의해 제1유로부의 중심 방향으로 희석공기가 유입되므로, 제1유로부의 내주면에 달라붙게 되는 배기가스의 입자 수가 감소될 수 있다. 또한, 통공을 통해 1차 희석공기가 제1유로부의 내측으로 유입될 때, 제1유로부의 내주면에 달라붙어 있는 배기가스 입자가 떨어져 나올 수 있다. 이에 따라, 제1유입구로 유입되는 배기가스 중의 입자의 대부분이 1차 희석공기와 혼합될 수 있으며, 배기가스가 1차 희석가스로 되는 과정에서 입자의 손실이 발생하는 것이 효과적으로 개선될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스가 제1희석유닛에서 1차로 희석이 이루어지고, 제2희석유닛에서 2차로 희석이 이루어짐으로써, 희석율이 높아질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스가 고온의 1차 희석공기와 혼합되어 고온희석되고, 이후, 상온의 2차 희석공기와 혼합되어 상온희석되도록 함으로써, 배기가스 내의 수분이 액적화되는 것이 방지될 수 있으며, 이를 통해, 입자의 측정 정확도가 향상될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 입자 희석장치를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 희석분리장치를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 희석분리장치의 제1입자분리유닛을 중심으로 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 희석분리장치에서 희석 온도에 따른 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 희석분리장치를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 희석분리장치를 나타낸 예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 희석분리장치를 나타낸 예시도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 희석분리장치의 제1입자분리유닛을 중심으로 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 희석분리장치에서 희석 온도에 따른 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 배기가스 희석분리장치는 제1희석유닛(100), 제1입자분리유닛(200) 그리고 제2희석유닛(300)을 포함할 수 있다.
제1희석유닛(100)은 제1유로부(110) 및 제2유로부(120)를 가질 수 있다.
제1유로부(110)에는 제1유입구(111)가 구비될 수 있으며, 제1유입구(111)로는 배기가스(1)가 유입될 수 있다. 본 발명에서 배기가스는 측정 대상 유체의 한 예일 수 있으며, 측정 대상 유체가 반드시 배기가스에 한정되는 것은 아니다.
제1유로부(110)는 제1유입구(111)로 유입되는 배기가스가 이동되도록 안내할 수 있다. 제1유로부(110)는 제1희석유닛(100)의 중심축 방향으로 형성될 수 있다.
제2유로부(120)에는 제2유입구(121)가 구비될 수 있으며, 제2유입구(121)로는 1차 희석공기(2)가 유입될 수 있다.
제2유로부(120)는 제1유로부(110)를 감싸도록 형성될 수 있다. 또한, 제2유로부(120)는 제1유로부(110)와 연결될 수 있다. 이를 위해, 제1유로부(110) 및 제2유로부(120)의 경계면에는 통공(122)이 형성될 수 있다. 통공(122)은 제1유로부(110)에 형성될 수 있다. 제2유로부(120)를 따라 이동되는 1차 희석공기는 통공(122)을 통해 제1유로부(110)의 내측으로 유입될 수 있으며, 제1유로부(110)에서 배기가스 및 1차 희석공기는 혼합되어 1차 희석가스(3)가 형성될 수 있다.
제1유로부(110)에 형성되는 통공(122)에 의해 제1유로부(110)의 내주면의 면적이 줄어들게 되고, 통공(122)을 통해 제1유로부(110)의 중심방향으로 1차 희석공기가 유입되므로, 제1유로부(110)의 내주면에 달라붙게 되는 배기가스의 입자 수가 감소될 수 있다.
그리고, 제1유로부(110)에 형성되는 통공(122)을 통해 1차 희석공기가 제1유로부(110)의 내측으로 유입될 때, 제1유로부(110)의 내주면에 달라붙어 있는 배기가스 입자가 떨어져 나올 수 있다. 이에 따라, 제1유로부(110)에서 이동되는 배기가스 중의 입자의 대부분이 1차 희석공기와 혼합될 수 있으며, 배기가스가 1차 희석가스로 되는 과정에서 입자의 손실이 발생하는 것이 효과적으로 감소될 수 있다.
또한, 제1희석유닛(100)에는 배출부(130)가 구비될 수 있고, 배출부(130)는 제1유로부(110)와 연결될 수 있다. 그리고, 제1유로부(110)에서 형성되는 1차 희석가스는 배출부(130)로 배출될 수 있다.
제1입자분리유닛(200)은 제1노즐부(210), 제1수집부(220) 및 제1챔버부(230)를 가질 수 있다.
그리고, 제1노즐부(210)는 커넥터부(211), 천이부(212) 및 제1가속노즐(213)을 가질 수 있다.
커넥터부(211)는 제1희석유닛(100)의 배출부(130)와 연결될 수 있으며, 배출부(130)로 배출되는 1차 희석가스는 커넥터부(211)로 유입될 수 있다.
천이부(212)는 커넥터부(211)와 연결될 수 있으며, 1차 희석가스의 이동 방향으로 확대 형성될 수 있다.
제1가속노즐(213)은 천이부(212)의 후단부에 구비될 수 있다.
본 명세서에서 전단/전단부 및 후단/후단부는 설명의 편의상 배기가스의 흐름 방향을 기준으로 한다.
제1가속노즐(213)은 하나 이상이 마련될 수 있다. 제1가속노즐(213)은 각각 제1지름(D1)을 가지도록 형성될 수 있다. 제1희석유닛(100)에서 배출되는 1차 희석가스는 천이부(212)를 거쳐 제1가속노즐(213)에서 분사될 수 있다.
그리고, 제1수집부(220)는 제1노즐부(210)와 이격되어 구비될 수 있으며, 1차 희석가스의 흐름방향을 기준으로 제1노즐부(210)의 후단에 마련될 수 있다.
제1수집부(220)는 제1가속노즐(213)에 대향되도록 마련되는 제1수집노즐(221)을 가질 수 있다. 제1수집노즐(221)은 제2지름(D2)을 가지도록 형성될 수 있으며, 제2지름(D2)은 제1지름(D1)보다 큰 지름일 수 있다. 또한, 제1수집노즐(221)의 전단부는 제1가속노즐(213)과 이격되도록 마련될 수 있다.
그리고, 제1챔버부(230)는 제1노즐부(210)와 제1수집부(220)의 사이에 마련될 수 있다.
제1가속노즐(213)에서 분사되는 1차 희석가스는 제1챔버부(230)의 내부 공간을 가로질러 제1가속노즐(213)에 대향되도록 마련되는 제1수집노즐(221)로 향하게 된다.
여기서, 제1가속노즐(213)의 제1지름(D1)과 제1수집노즐(221)의 제2지름(D2)의 크기 및 제1가속노즐(213)에서 1차 희석가스의 유속 등을 제어하여 스톡스수(Stokes number)를 조절할 수 있다. 그리고, 스톡스수의 조절을 통해 제1수집노즐(221)로 유입되는 입자와, 제1수집노즐(221)로 유입되지 않고 제1챔버부(230)에 수용되는 입자가 분리되도록 할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 제1수집노즐(221)로 유입되지 않고 제1챔버부(230)에 수용되는 입자인 제1타겟입자(4)를 분리할 수 있으며, 이에 따라, 추후 제1타겟입자에 대한 입자 농도가 측정되도록 할 수 있다.
PM(Particulate Matter)10은 입자의 크기가 지름 10㎛ 이하인 인 경우로 보통 미세먼지로 칭하고, PM2.5는 입자의 크기가 지름 2.5㎛ 이하인 인 경우로 보통 초미세먼지로 칭하는데, 스톡스수를 조절함으로써 제1타겟입자가 PM10 또는 PM2.5로 제어될 수 있다.
스톡스수는 제1노즐부(210)에서 총 1차 희석가스의 유량, 제1가속노즐(213)의 제1지름(D1), 제1가속노즐(213)에서 분사되는 1차 희석가스의 유속, 제1가속노즐(213)의 길이, 제1가속노즐(213)과 제1수집노즐(221) 사이의 거리, 제1수집노즐(221)의 제2지름(D2), 1차 희석가스의 온도를 포함하는 조건에 따라 계산될 수 있다. 그리고, 스톡스수가 특정 범위의 값이 되도록 조절됨으로써, 1차 희석가스 중의 입자가 크기에 따라 분류되도록 할 수 있다. 여기서, 입자의 크기에 따른 분류는 입자의 관성에 기인하여 이루어질 수 있다. 즉, 제1수집부(220)에 수집되는 입자(5) 및 제1챔버부(230)에 수용되는 입자가 분류될 수 있으며, 제1챔버부(230)에 수용되는 입자, 즉, 제1타겟입자의 크기가 조절될 수 있다.
제1타겟입자가 PM10인 경우, 제1챔버부(230)에는 1차 희석가스에서 분리되는 PM10의 입자가 수용될 수 있으며, 제1수집부(220)에는 제1타겟입자 이외의 나머지 입자가 수집될 수 있다. 또한, 제1타겟입자가 PM2.5인 경우, 제1챔버부(230)에는 1차 희석가스에서 분리되는 PM2.5의 입자가 수용될 수 있으며, 제1수집부(220)에는 제1타겟입자 이외의 나머지 입자가 수집될 수 있다.
제1입자분리유닛(200)은 제1펌프(240)를 더 가질 수 있다. 제1펌프(240)는 제1수집부(220)에 연결될 수 있으며, 제1수집부(220)에 부압을 제공할 수 있다. 제1수집부(220)에 수집되는 입자들은 제1수집부(220)에 제공되는 부압에 의해 배출되거나, 별도의 용기로 보내질 수 있다.
그리고, 제2희석유닛(300)은 이젝터부(310) 및 제3유로부(320)를 가질 수 있다.
이젝터부(310)는 제1챔버부(230)와 연결될 수 있다. 이젝터부(310)와 제1챔버부(230)의 사이에는 이젝터부(310)와 제1챔버부(230)를 연결하는 제1연결부(330)가 마련될 수 있다.
제1챔버부(230)에 수용되는 제1타겟입자는 제1연결부(330)를 통해 이젝터부(310)로 유입된 후, 이젝터부(310)에서 토출될 수 있다.
제3유로부(320)는 이젝터부(310)의 전단과 연결되도록 구비될 수 있다. 제3유로부(320)에는 제3유입구(321)가 마련될 수 있으며, 제3유입구(321)로는 2차 희석공기(6)가 유입될 수 있다. 제3유입구(321)로 유입되는 2차 희석공기는 제3유로부(320)로 이동되어 이젝터부(310)의 후단으로 배출될 수 있으며, 이젝터부(310)에서 배출되는 제1타겟입자와 혼합될 수 있다. 그리고, 제1타겟입자 및 2차 희석공기가 혼합되어 2차 희석가스(7)가 형성될 수 있다. 2차 희석가스는 측정하고자 하는 대상 입자로 이루어진 것일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 배기가스가 제1희석유닛(100)에서 1차로 희석이 이루어지고, 제2희석유닛(300)에서 2차로 희석이 이루어짐으로써, 희석율이 높아질 수 있다.
한편, 제1희석유닛(100)에 공급되는 1차 희석공기는 고온의 공기일 수 있다. 본 실시예에서 1차 희석공기는 150℃ 내지 250℃의 온도로 공급될 수 있다. 그리고, 제1희석유닛(100)에서 생성되는 1차 희석가스는 고온희석 방법으로 형성될 수 있다. 그리고, 제2희석유닛(300)에 공급되는 2차 희석공기는 상온의 공기일 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 2차 희석공기는 10℃ 내지 30℃의 온도로 공급될 수 있다. 그리고, 제2희석유닛(300)에서 형성되는 2차 희석가스는 상온희석 방법으로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1희석유닛(100)으로 유입되는 배기가스는 고온의 상태(P0)인데, 고온 상태의 배기가스가 상온의 1차 희석공기와 혼합되는 경우, 즉, 상온희석되는 경우 배기가스 내의 수분이 모두 액적으로 변환될 수 있다. 이에 따라, 제1희석유닛(100)을 거치면서 생성되는 제1상태(P1)의 1차 희석가스는 다량의 액적을 포함할 수 있다. 그리고, 제2희석유닛(300)에서 상온의 2차 희석공기와 혼합되어 제2상태(P2)의 2차 희석가스로 형성되는 경우, 2차 희석가스에는 다량의 액적이 포함되게 된다. 이러한 액적은 입자 측정 시에 입자로 취급될 수 있기 때문에, 측정 정확도가 저하되는 원인이 될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따르면, 고온의 상태(P0)의 배기가스가 고온의 1차 희석공기와 혼합됨으로써, 즉, 고온희석됨으로써 제1희석유닛(100)을 거치면서 생성되는 1차 희석가스는 제3상태(P3)가 될 수 있으며, 이에 따라 배기가스 내의 수분이 액적화되는 것이 방지될 수 있다. 그리고, 제2희석유닛(300)에서 상온의 2차 희석공기와 혼합되어 제2상태(P2)의 2차 희석가스로 형성됨으로 2차 희석가스에는 액적이 포함되지 않거나, 액적의 함유량이 최소화될 수 있다. 그리고 이에 따라, 입자의 측정 정확도가 향상될 수 있다.
그리고, 배기가스 희석분리장치는 가열재킷(400)을 더 포함할 수 있다. 가열재킷(400)은 제1희석유닛(100) 및 제1입자분리유닛(200)을 내측에 수용할 수 있다. 그리고, 가열재킷(400)은 제1희석유닛(100) 및 제1입자분리유닛(200)을 미리 정해진 온도 범위로 가열할 수 있다.
가열재킷(400)은 다중 벽을 가질 수 있으며, 다중 벽 사이로 수증기, 고은의 기름, 고온의 공기 등과 같은 가열매체가 마련되도록 형성될 수 있다.
가열재킷(400)에 의해 제1희석유닛(100) 및 제1입자분리유닛(200)에 열이 제공되도록 함으로써, 배기가스가 고온희석되도록 하는 환경이 더욱 안정적으로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 희석분리장치를 나타낸 예시도이다. 본 실시예에서는 입자분리유닛이 다단으로 구성될 수 있으며, 다른 구성은 전술한 제1실시예와 동일하므로 설명은 생략한다.
도 5에서 보는 바와 같이, 배기가스 희석분리장치는 제2입자분리유닛(1500)을 더 포함할 수 있다.
제2입자분리유닛(1500)은 가열재킷(1400)의 내부에 구비될 수 있으며, 제1입자분리유닛(1200) 및 제2희석유닛(1300)의 사이에 마련될 수 있다.
그리고, 제2입자분리유닛(1500)은 제2노즐부(1510), 제2챔버부(1520) 및 제2수집부(1530)를 가질 수 있다.
제2노즐부(1510)는 제1입자분리유닛(1200)의 제1챔버부(1230)와 연결될 수 있다. 제1챔버부(1230)에서 배출되는 제1타겟입자는 제2노즐부(1510)로 유입된 후 분사될 수 있다. 제2노즐부(1510)는 하나 이상의 제2가속노즐(1511)을 가질 수 있다.
제2챔버부(1520)는 제2노즐부(1510)에서 분사되는 제1타겟입자에서 분리되는 제2타겟입자(8)를 수용할 수 있다.
제2챔버부(1520)는 제2희석유닛(1300)의 이젝터부(1310)와 연결될 수 있으며, 제2챔버부(1520) 및 이젝터부(1310)의 사이에는 제2챔버부(1520) 및 이젝터부(1310)를 연결하는 제2연결부(1340)가 마련될 수 있다.
제2챔버부(1520)에 수집되는 제2타겟입자는 이젝터부(1310)로 안내될 수 있으며, 이젝터부(1310)에서 토출될 수 있다.
제2수집부(1530)는 제2타겟입자 이외의 나머지 입자를 수집할 수 있으며, 제2수집부(1530)는 제2가속노즐(1511)에 대향되도록 마련되는 제2수집노즐(1531)을 가질 수 있다.
제2입자분리유닛(1500)은 제2펌프(1550)를 더 가질 수 있으며, 제2펌프(1550)는 제2수집부(1530)와 연결되어 제2수집부(1530)에 부압을 제공할 수 있다. 제2수집부(1530)에 수집되는 입자는 제2펌프(1550)에서 제공되는 부압에 의해 배출될 수 있다.
본 실시예에서는 제1입자분리유닛(1200) 및 제2입자분리유닛(1500)이 다단 형태로 마련되어 배기가스에서 입자 분리가 복수회로 이루어지도록 할 수 있다. 즉, PM2.5의 입자를 측정하고자 하는 경우, 제1입자분리유닛(1200)에서 PM10의 입자가 분리되도록 하고, 제2입자분리유닛(1500)에서 PM2.5의 입자가 분리되도록 함으로써, 측정대상이 되는 PM2.5의 입자의 샘플링 정확도가 더욱 개선될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 희석분리장치를 나타낸 예시도이다. 본 실시예에서는 배기가스의 흐름방향을 기준으로 희석유닛과 분리유닛의 전후 위치가 바뀔 수 있으며, 다른 구성은 전술한 제1실시예와 동일하므로 설명은 생략한다.
도 6에서 보는 바와 같이, 배기가스 희석분리장치는 희석분리유닛(2100) 및 희석유닛을 포함할 수 있다.
그리고, 희석분리유닛(2100)은 이젝터부(2110), 제2유로부(2120), 제1노즐부(2130), 제1챔버부(2140) 및 제1수집부(2150)를 가질 수 있다.
이젝터부(2110)는 제1유로부(2160)와 연결될 수 있으며, 제1유로부(2160)를 통해 공급되는 배기가스는 이젝터부(2110)에서 토출될 수 있다. 이젝터부(2110)는 하나 이상이 형성될 수 있다.
그리고, 제2유로부(2120)는 1차 희석공기가 이젝터부(2110)에서 토출되는 배기가스와 혼합되도록 안내할 수 있다.
제1노즐부(2130)는 1차 희석공기 및 배기가스가 혼합되어 형성되는 1차 희석가스를 분사할 수 있다. 제1노즐부(2130)는 하나 이상의 가속노즐(2131)을 가질 수 있으며, 가속노즐(2131)은 이젝터부(2110)에 대응되도록 마련될 수 있다. 가속노즐(2131)은 제1지름으로 형성될 수 있다.
제1챔버부(2140)는 제1노즐부(2130)에서 분사되는 1차 희석가스에서 분리되는 제1타겟입자를 수용할 수 있다.
그리고, 제1수집부(2150)에는 제1타겟입자 이외의 나머지 입자가 수집될 수 있다. 제1수집부(2150)는 가속노즐(2131)에 대향되도록 마련되며 가속노즐(2131)의 제1지름보다 큰 제2지름으로 형성되는 수집노즐을 가질 수 있다.
희석분리유닛(2100)은 가열재킷(2300)의 내부에 구비될 수 있으며, 1차 희석공기는 150℃ 내지 250℃의 온도로 공급될 수 있다.
그리고, 희석유닛(2200)은 제3유로부(2210) 및 제4유로부(2220)를 가질 수 있다.
제3유로부(2210)는 제1챔버부(2140)와 연결될 수 있으며, 제1챔버부(2140)에서 배출되는 제1타겟입자는 제3유로부(2210)로 유입되어 이동될 수 있다.
그리고, 제4유로부(2220)는 제3유로부(2210)와 통공(2211)에 의해 연결될 수 있다. 제4유로부(2220)로 공급되는 2차 희석공기는 통공(2211)을 통해 제3유로부(2210)로 유입되어 제1타겟입자와 혼합될 수 있으며, 이에 따라, 2차 희석가스가 형성될 수 있다. 2차 희석공기는 10℃ 내지 30℃의 온도로 공급될 수 있다.
본 실시에에 따르면, 희석분리유닛(2100)을 거치면서 측정하고자 하는 타겟입자로 이루어지는 희석가스가 1차로 생성될 수 있으며, 이후, 희석유닛(2200)을 거치면서 2차로 희석가스가 생성되도록 할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 제1희석유닛
110: 제1유로부
120: 제2유로부
200, 1200: 제1입자분리유닛
210: 제1노즐부
213: 제1가속노즐
220: 제1수집부
221: 제1수집노즐
230, 1230: 제1챔버부
240: 제1펌프
300, 1300: 제2희석유닛
310, 1310: 이젝터부
400, 1400, 2300: 가열재킷
1500: 제2입자분리유닛
1510: 제2노즐부
1511: 제2가속노즐
1520: 제2챔버부
1530: 제2수집부
1531: 제2수집노즐
2100: 희석분리유닛
2200: 희석유닛

Claims (12)

  1. 배기가스가 이동되는 제1유로부와, 상기 제1유로부와 연결되고 1차 희석공기가 상기 배기가스와 혼합되도록 안내하는 제2유로부를 가지고, 상기 배기가스 및 상기 1차 희석공기가 혼합되어 1차 희석가스가 형성되도록 하는 제1희석유닛;
    상기 제1희석유닛에서 배출되는 상기 1차 희석가스가 유입되어 분사되는 제1노즐부와, 상기 제1노즐부에서 분사되는 상기 1차 희석가스에서 분리되는 제1타겟입자가 수용되는 제1챔버부와, 상기 제1타겟입자 이외의 나머지 입자가 수집되는 제1수집부를 가지는 제1입자분리유닛; 그리고
    상기 제1챔버부에서 배출되는 상기 제1타겟입자가 유입되어 토출되는 이젝터부와, 상기 이젝터부에서 토출되는 상기 제1타겟입자에 혼합되도록 2차 희석공기의 이동을 안내하는 제3유로부를 가지고, 상기 제1타겟입자 및 상기 2차 희석공기가 혼합되어 2차 희석가스가 형성되도록 하는 제2희석유닛을 포함하는 배기가스 희석분리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 희석가스가 고온희석 방법으로 형성되도록 상기 1차 희석공기는 150℃ 내지 250℃의 온도로 공급되고, 상기 2차 희석가스가 상온희석 방법으로 형성되도록 상기 2차 희석공기는 10℃ 내지 30℃의 온도로 공급되는 것을 특징으로 하는 배기가스 희석분리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1노즐부는 제1지름으로 형성되는 하나 이상의 제1가속노즐을 가지고,
    상기 제1수집부는 상기 제1가속노즐에 대향되도록 마련되며, 상기 제1지름보다 큰 제2지름으로 형성되는 제1수집노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 배기가스 희석분리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1입자분리유닛은 상기 제1수집부에 부압을 제공하는 제1펌프를 더 가지는 것을 특징으로 하는 배기가스 희석분리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1희석유닛 및 상기 제1입자분리유닛을 내측에 수용하고, 상기 제1희석유닛 및 상기 제1입자분리유닛을 가열하는 가열재킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 희석분리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1챔버부에서 배출되는 상기 제1타겟입자가 유입되어 분사되는 제2노즐부와, 상기 제2노즐부에서 분사되는 상기 제1타겟입자에서 분리되는 제2타겟입자를 상기 이젝터부로 안내하는 제2챔버부와, 상기 제2타겟입자 이외의 나머지 입자가 수집되는 제2수집부를 가지는 제2입자분리유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 희석분리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2노즐부는 하나 이상의 제2가속노즐을 가지고,
    상기 제2수집부는 상기 제2가속노즐에 대향되도록 마련되는 제2수집노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 배기가스 희석분리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2입자분리유닛은 상기 제2수집부에 부압을 제공하는 제2펌프를 더 가지는 것을 특징으로 하는 배기가스 희석분리장치.
  9. 제1유로부를 통해 공급되는 배기가스가 토출되는 이젝터부와, 1차 희석공기가 상기 이젝터부에서 토출되는 배기가스와 혼합되도록 안내하는 제2유로부와, 상기 배기가스 및 상기 1차 희석공기가 혼합되어 형성되는 1차 희석가스가 분사되는 제1노즐부와, 상기 제1노즐부에서 분사되는 상기 1차 희석가스에서 분리되는 제1타겟입자가 수용되는 제1챔버부와, 상기 제1타겟입자 이외의 나머지 입자가 수집되는 제1수집부를 가지는 희석분리유닛; 그리고
    상기 희석분리유닛에서 배출되는 상기 제1타겟입자가 이동되는 제3유로부와, 상기 제3유로부와 연결되고 2차 희석공기가 상기 제1타겟입자와 혼합되도록 안내하는 제4유로부를 가지고, 상기 제1타겟입자 및 상기 2차 희석공기가 혼합되어 2차 희석가스가 형성되도록 하는 희석유닛을 포함하는 배기가스 희석분리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 1차 희석가스가 고온희석 방법으로 형성되도록 상기 1차 희석공기는 150℃ 내지 250℃의 온도로 공급되고, 상기 2차 희석가스가 상온희석 방법으로 형성되도록 상기 2차 희석공기는 10℃ 내지 30℃의 온도로 공급되는 것을 특징으로 하는 배기가스 희석분리장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1노즐부는 제1지름으로 형성되는 하나 이상의 가속노즐을 가지고,
    상기 제1수집부는 상기 가속노즐에 대향되도록 마련되며, 상기 제1지름보다 큰 제2지름으로 형성되는 수집노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 배기가스 희석분리장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 희석분리유닛을 내측에 수용하고, 상기 희석분리유닛을 가열하는 가열재킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 희석분리장치.
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