KR20200039142A - 가스 분석 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 발생부가 내부에 수용된 발광부 본체 및 상기 발광부 본체에 연결되며 측정부로 연장된 연장부를 포함하는 발광부; 상기 레이저 발생부로부터 발광된 레이저를 수광하는 수광부가 내부에 수용된 수광부 본체 및 상기 수광부 본체에 연결되며 측정부로 연장된 연장부를 포함하는 수광부; 및 상기 발광부 본체 및 수광부 본체는 레이저가 통과하도록 상기 연장부 측으로 배치되며 내부 공간을 기판이 배치되는 내측과 측정부와 연결된 외측으로 구획하는 윈도우를 포함하며, 상기 발광부 본체 및 수광부 본체 각각에는 상기 윈도우 내측으로 보호가스를 공급하는 보호가스 공급관이 연결되며, 상기 보호가스 공급관과 보호가스 공급부 사이에 배치되는 수분 제거부를 더 포함하는 가스 분석 장치를 제공한다.

Description

가스 분석 장치{Gas Spectroscopy}
본 발명은 가스 분석 장치에 대한 것으로, 구체적으로 가스를 분광법에 따라서 분석하는 가스 분석 장치에 대한 것이다.
일반적으로, 자원의 효율성을 제고하기 위한 하나의 방법으로 채택되는 제철소의 발전설비에서 사용되는 발전용 보일러는 철강 제조과정에서 부생되는 기체가스인 BFG(BLAST FURNACE GAS), COG(COKES OVEN GAS), LDG(LINZ DONAWTS GAS)를 이용하여 증기를 생산하고 있다. 이러한 부생가스는 제철소 조업과정 특성상 연료조성이 상이하고 가스 발열량도 다를 뿐만 아니라 종류별로 부생되는 양에 있어서도 차이가 많기 때문에 각 연료의 특성에 맞게 복합버너에서 연소시켜야 된다.
도 1은 제철소의 부산물인 가스를 사용하는 일반적인 발전용 보일러의 가스연료 연소 흐름도로서, 제철소의 자가 발전 설비로서의 발전용 보일러(10)는 제철소에서 발생되는 각종 부생 가스(BFG, COG, LDG)(20, 22, 24)를 연료로서 사용하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 압입 송풍부(30)로부터 흡입된 연소용 공기는 폐가스 열교환기(40)에서 열교환 실시후 복합버너들(12)의 공기댐퍼(도시안됨)를 통하여 공급되며, 복합버너들(12)에서 연료와 혼합 연소하고난 배가스는 배출 배관(41)을 통과하여 굴뚝(50)으로 배출된다.
이러한 부생가스를 이용한 보일러에서 공연비 제어를 위하여 부생가스의 성분을 측정하고 그에 맞게 공연비를 조절하는 기술이 특허문헌 1 에 알려진 바 있다.
특허문헌 1 에서는 가스성분을 측정하기 위하여 레이저를 통하여 산소/일산화탄소/황분 함유율 등을 분석하는데, 레이저 분석 설비의 경우에 정밀 장비인데, 열악한 환경에서 사용하기에 본체 내부 오염 및 부식의 위험이 있다.
(특허문헌 1) JP2016-176640 A
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장기간 손상이 발생하지 않는 가스 분석 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 가스 분석 장치를 제공한다.
본 발명은 레이저 발생부가 내부에 수용된 발광부 본체 및 상기 발광부 본체에 연결되며 측정부로 연장된 연장부를 포함하는 발광부; 상기 레이저 발생부로부터 발광된 레이저를 수광하는 수광부가 내부에 수용된 수광부 본체 및 상기 수광부 본체에 연결되며 측정부로 연장된 연장부를 포함하는 수광부; 및 상기 발광부 본체 및 수광부 본체는 레이저가 통과하도록 상기 연장부 측으로 배치되며 내부 공간을 기판이 배치되는 내측과 측정부와 연결된 외측으로 구획하는 윈도우를 포함하며, 상기 발광부 본체 및 수광부 본체 각각에는 상기 윈도우 내측으로 보호가스를 공급하는 보호가스 공급관이 연결되며, 상기 보호가스 공급관과 보호가스 공급부 사이에 배치되는 수분 제거부를 더 포함하는 가스 분석 장치를 제공한다.
일실시예에서 상기 보호가스 공급부는 상기 윈도우 외측에서 상기 측정부로 보호가스를 공급하는 퍼지 라인과 연결될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 상기 수분 제거부는 제어 박스 내에 구비되며, 상기 수분 제거부는 녹아웃 포트, 상기 보호가스 공급부에 연결되며 단부가 상기 녹아웃 포트 내부에 수용된 물에 잠겨있는 입측 라인, 상기 물 위에 단부가 배치되며 물을 통과한 보호가스가 배출되는 출측 라인 및 상기 녹아웃 포트의 하부에서 상기 물을 배수하는 드레인부를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 제어 박스 내에는 내부 온도를 유지하도록 히터가 추가 배치될 수 있다.
본 발명은 일실시예에서 상기 발광부와 수광부는 TDLS(Tunable Diode Laser Spectroscopy} 기구일 수 있으며, 상기 보호가스 공급부와 상기 수분 제거부 사이의 보호가스 배관은 적어도 일부가 외부 환경에 노출될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 상기 보호가스 공급부는 질소 공급부일 수 있다.
본 발명은 위와 같은 가스 분석 장치를 통하여, 발광부 및 수광부 본체 내부를 청정상태로 유지하여 분석 장치의 손상을 방지하며, 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1 은 종래의 보일러의 가스 분석 장치가 배치된 모습을 도시한 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 가스 분석 장치의 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 가스 분석 장치의 수분 제거부의 개략도이다.
도 4 는 본 발명의 가스 분석 장치의 발광부, 수광부 및 측정부의 개략도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적일 실시예를 중심으로 본 발명을 설명하도록 한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 2 에는 본 발명의 가스 분석 장치의 개략도가 도시되어 있으며, 도 3 에는 도 2 의 가스 분석 장치의 수분 제거부 중심의 개략도가 도시되어 있으며, 도 4 에는 도 2 의 가스 분석 장치의 발광부 및 수광부 중심의 개략도가 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4 에서 보이듯이, 본 발명의 가스 분석 장치는 레이저 발생부가 내부에 수용된 발광부 본체(111) 및 상기 발광부 본체(111)에 연결되며 측정부로 연장된 연장부(112)를 포함하는 발광부(110); 상기 레이저 발생부로부터 발광된 레이저를 수광하는 수광부가 내부에 수용된 수광부 본체(121) 및 상기 수광부 본체(121)에 연결되며 측정부로 연장된 연장부(122)를 포함하는 수광부(120); 및 상기 발광부 본체(111) 및 수광부 본체(121)는 레이저가 통과하도록 상기 연장부(112, 122) 측으로 배치되며 내부 공간을 기판이 배치되는 내측과 측정부와 연결된 외측으로 구획하는 윈도우(113, 123)를 포함하며, 상기 발광부 본체(111) 및 수광부 본체(121) 각각에는 상기 윈도우(113, 123) 내측으로 보호가스를 공급하는 보호가스 공급관(115)이 연결되며, 상기 보호가스 공급관(115)과 보호가스 공급부(150) 사이에 배치되는 수분 제거부(200)를 더 포함하는 가스 분석 장치(100)가 개시된다.
본 발명의 일실시예에서 가스 분석 장치(100)는 발광부(110)와 수광부(120)가 TDLS(Tunable Diode Laser Spectroscopy} 기구인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 레이저를 통한 가스 분석 기구라면 다른 기구를 적용하는 것도 가능하다. 또한, 이 실시예에서 보호가스로는 질소(N2) 가스를 사용하나, 다른 가스를 사용하는 것도 가능하다. 다만, 이 실시예에서 본체를 통하여 공급되는 가스는 별도의 회수 없이 외부로 배출된다는 점에서 불활성이면서도 무독성인 질소(N2)가 바람직하다.
도 2 에서 보이듯이, 본 발명의 일실시예의 가스 분석 장치(100)는 보호가스 공급부(150)에서 공급되는 보호가스는 바로 발광부(110)와 수광부(120)로 제공되는 것이 아니라, 중간에 제어 박스(210)내에 배치되는 수분 제거부(200)를 통과한 후 발광부(110)와 수광부(120)로 공급된다.
가스 분석 장치(100)는 가스 분석, 예를 들면 종래 기술에 언급한 바와 같은 보일러 배가스 분석에 사용되며, 이 경우 배기가스관(P) 혹은 샘플링 관의 배가스를 분석하게 되는데, 이때 가스 분석 장치(100)는 필연적으로 배가스 배출부에 인접하여 배치되어야 하므로, 가스 분석 장치(100)가 배치되는 공간은 환경적 영향을 많이 받을 수 밖에 없는 열악한 환경에 해당하게 된다.
한편, 통상 보호가스 공급부(150)는 가스 분석 장치(100)만을 위하여 별도로 설치되기보다는 다른 장치와 함께 공유하기 때문에 보호가스의 배관의 일부분(A)은 외부에 노출되는 경우도 있다. 특히, 제철, 화학 공장과 같은 공장에서 사용하는 보호가스 경우에 플랜트 N2를 365일 활용하여 퍼지에 활용하기 때문에 보호가스 공급부(150)로부터 공급되는 보호가스는 외부 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 열악한 환경에 놓이는 가스 분석 장치(100)의 발광부(110) 및 수광부(120)의 기판이 위치하는 본체(111, 121) 내부를 보호하기 위하여 윈도우(113, 123) 내부, 즉, 이 실시예에서는 발광 다이오드 및 기판이 배치되는 공간으로 보호가스를 제공한다. 이때, 보호가스 역시 외부 환경에 영향을 받아서 공급되기 때문에 의도치 않게 보호가스에 수분이 섞여 들어갈 수 있으며, 이렇게 수분이 보호가스와 함께 기판으로 공급되는 경우에 부식을 유발하여 기판의 수명을 단축하거나, 오작동을 야기할 수 있으나, 이 실시예에서는 보호가스를 본체(111, 121) 내부에 공급하기 전에 수분 제거부(200)를 통과시킨 후 공급함으로써, 수분으로 인한 문제 발생을 차단할 수 있다.
한편, 수분 제거부(200)를 통과한 보호가스는 본체(111, 121) 내부뿐만 아니라, 상기 본체(111, 121)로부터 측정부로 연장된 연장부(112,122)로 공급되는 퍼지라인(114, 124)을 통하여도 공급된다. 연장부(112, 122)로 퍼지된 보호가스는 레이저가 통과하는 윈도우(113, 123)의 오염을 막을 수 있다.
본체(111, 121)에는 윈도우(113, 123)의 내측에 연결되는 공급관(115, 125)이 구비되며, 연장부(112, 122) 반대 측에 보호가스 배출부(116, 126)가 배치되어, 본체(111, 121) 내부로 공급된 보호가스는 본체를 통과한 후 외부로 배출된다.
수분 제거부(200)는 상기 발광부(110)와 수광부(120)에 연결되며, 제어 박스(210) 내부에 배치된다. 이 실시예에서 상기 수분 제거부(200)는 녹아웃 포트(knock-out pot, 220), 상기 보호가스 공급부(150)에 연결되며 단부가 상기 녹아웃 포트(220) 내부에 수용된 물(W)에 잠겨있는 입측 라인(201), 상기 물(W) 위에 단부가 배치되며 물(W)을 통과한 보호가스가 배출되는 출측 라인(202) 및 상기 녹아웃 포트(220)의 하부에서 상기 물(W)을 배수하는 드레인부(230)를 포함한다. 보호가스, 예를 들면 입측 라인(201)을 통하여 질소와 함께 공급되는 수분은 물(W)을 통과하면서 물에 합쳐지며, 보호가스만 물(W) 밖으로 나와서 출측 라인(202)을 통하여 발광부(110) 및 수광부(120)로 공급된다.
이 실시예에서는 수분 제거부(200)로 녹아웃 포트(220), 물(W), 및 입측, 출측 라인(201,202)을 사용하였으나, 수분을 제거하는 다른 방식을 사용하는 것도 가능하다.
한편, 앞에서 말한 바와 같이 제어 박스(210) 역시 열악한 환경에 배치되게 되므로, 드레인부(230)이나 녹아웃 포트(220)의 물(W)이 동절기에 얼 수도 있으며, 이 경우에 수분 제거부(200)가 제대로 동작하지 못할 수 있다. 따라서, 제어 박스(210) 내부에 전원부(260), 온도 조절기(250) 및 히터(240)를 배치하여, 제어 박스(210)의 온도가 일정 온도를 유지하도록 한다. 이 실시예에서는 열원으로 전원을 사용하는 전열 히터(240)를 사용하였으나, 히터(240)가 아닌 다른 열원, 예를 들면 배가스와의 열교환부로 제어 박스(210)의 온도를 유지하는 것도 가능하다.
이상에서는 본 발명의 일실시예를 중심으로 본 발명에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 청구범위에 기재된 범위 내에서 변형될 수 있음은 물론이다.
100: 가스 분석 장치
110: 발광부 120: 수광부
111, 121: 본체 112, 122: 연장부
113, 123: 윈도우 114, 124: 퍼지라인
115, 125: 보호가스 공급관 116, 126: 배출관
150: 보호가스 공급부
200: 수분 제거부 210: 제어 박스
220: 녹아웃 포트 230: 드레인부
240: 히터 250: 온도 조절기
260: 전원부

Claims (7)

  1. 레이저 발생부가 내부에 수용된 발광부 본체 및 상기 발광부 본체에 연결되며 측정부로 연장된 연장부를 포함하는 발광부;
    상기 레이저 발생부로부터 발광된 레이저를 수광하는 수광부가 내부에 수용된 수광부 본체 및 상기 수광부 본체에 연결되며 측정부로 연장된 연장부를 포함하는 수광부; 및
    상기 발광부 본체 및 수광부 본체는 레이저가 통과하도록 상기 연장부 측으로 배치되며 내부 공간을 기판이 배치되는 내측과 측정부와 연결된 외측으로 구획하는 윈도우를 포함하며,
    상기 발광부 본체 및 수광부 본체 각각에는 상기 윈도우 내측으로 보호가스를 공급하는 보호가스 공급관이 연결되며,
    상기 보호가스 공급관과 보호가스 공급부 사이에 배치되는 수분 제거부를 더 포함하는 가스 분석 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호가스 공급부는 상기 윈도우 외측에서 상기 측정부로 보호가스를 공급하는 퍼지 라인과 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수분 제거부는 제어 박스 내에 구비되며,
    상기 수분 제거부는 녹아웃 포트, 상기 보호가스 공급부에 연결되며 단부가 상기 녹아웃 포트 내부에 수용된 물에 잠겨있는 입측 라인, 상기 물 위에 단부가 배치되며 물을 통과한 보호가스가 배출되는 출측 라인 및 상기 녹아웃 포트의 하부에서 상기 물을 배수하는 드레인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 박스 내에는 내부 온도를 유지하도록 히터가 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 발광부와 수광부는 TDLS(Tunable Diode Laser Spectroscopy} 기구인 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보호가스 공급부와 상기 수분 제거부 사이의 보호가스 배관은 적어도 일부가 외부 환경에 노출되는 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호가스 공급부는 질소 공급부인 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
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