KR20200124479A - 콤팩트한 기준챔버를 갖는 ndir 분석기 - Google Patents

콤팩트한 기준챔버를 갖는 ndir 분석기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 NDIR에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기에 관한 것이다. 이를 위해, 기준챔버(200)와 샘플챔버(300)를 갖는 NDIR 분석기(100)에 있어서, 적외선(150)을 조사하는 광원(110); 광원(110)의 일측에 구비되는 기준초퍼(120); 기준초퍼(120)를 통해 적외선(150)이 입사되고 시료가스가 주입되는 기준챔버(200); 기준챔버(200)의 일측에 구비되고, 적외선(150)의 세기에 기초하여 전기신호를 출력하는 검출기(290); 기준챔버(200)로 입사되는 적외선(150)을 검출기(290)까지 반사시키는 제 1 반사수단; 광원(110)의 타측에 구비되는 샘플초퍼(130); 샘플초퍼(130)를 통해 적외선(150)이 입사되며, 시료가스가 주입되는 샘플챔버(300); 및 샘플챔버(300)로 입사되는 적외선(150)을 기준챔버(200)를 통해 검출기(290)까지 반사시키는 제 2 반사수단;을 포함하고, 기준챔버(200)의 광경로는 샘플챔버(300)의 광경로보다 상대적으로 짧은 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기가 제공된다.

Description

콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기{NDIR Analyzer With A Compact Type Reference Chamber}
본 발명은 NDIR에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기에 관한 것이다.
산업화에 따른 에너지 소비 증가로 인해 대기중에 오염물질이 배출되었고, 이로 인한 공해 문제가 심각한 사회문제로 대두되었다. 특히, 기체 상태로 대기중에 배출되는 오염 물질을 막기 위해서는 공장 등에서 배출하는 가스의 성분 및 그 농도를 파악하는 것이 필수적이다.
일반적으로, 화력발전소 또는 일반보일러 시설, 소각시설, 화학제품 제조시설, 시멘트공장, 제철공장, 반도체 제조시설, 석유정제시설 등과 같은 사업장의 굴뚝에서는 복합유해물질이 포함된 가스가 대기 중으로 배출되고 있다. 따라서 대기배출원에서 발생하는 배출가스의 농도를 실시간으로 관리하기 위하여 모니터링 측정 장비의 개발은 꾸준히 지속되고 있다.
기체에 포함된 성분을 측정하는 방식으로는 NDIR(Non-Dispersive Infrared absorption) 분석법이 많이 이용되고 있다. NDIR 분석법은 기체에 포함된 각 성분이 기체를 통과하는 적외선의 특정 파장의 에너지를 흡수하는 현상을 이용하여, 기체를 통과한 적외선의 각 파장의 에너지 레벨을 조사하여 기체에 포함된 성분을 파악한다. 이러한 전통적인 NDIR 측정방법은 간섭가스에 의한 오차를 보정하는데 한계가 있어, 최근에는 GFC(Gas Filter Correlation, 이하 "GFC"라 함)를 탑재하여 가스 간의 농도 간섭효과를 보상하는데 널리 사용된다.
도 1은 동일한 크기의 기준챔버(30)와 샘플챔버(50)를 각각 갖는 종래의 NDIR 분석기(10)의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(12)은 일정한 파장(3.95㎛)의 적외선(14)을 조사하고, 빔스플리터(15)는 이를 제 1, 2 적외선(17, 19)으로 분지한다. 제 1 적외선(17)은 초퍼(20)를 지나 기준챔버(30)를 통과한 후 제 1 검출기(40)에 도달한다. 기준챔버(30)에는 기준가스(예 : 공기, 진공, 질소 등)가 채워져 있고, 제 1 검출기(40)는 적외선의 강도에 따라 전압을 출력한다.
제 2 적외선(19)은 초퍼(20)를 지나 샘플챔버(50)를 통과한 후 제 2 검출기(60)에 도달한다. 샘플챔버(50)에는 농도를 알고자 하는 시료가스(예 : NOx, SO2, CO, CO2, HCl, NH3, HF, CH4, 수증기(H20) 등)가 공기와 함께 채워져 흐르고 있고, 제 2 검출기(60)는 적외선의 강도에 따라 전압을 출력한다.
제어부((70)는 제 1, 2 검출기(40, 60)의 신호에 기초하여 흡광도에 따라 시료가스의 농도를 산출한 뒤 이를 표시부(80)에 표시한다.
그런데, 이와 같은 종래의 NDIR 분석기(10)는 다음과 같은 문제점이 있다. 먼저, 같은 크기의 기준챔버(30)와 샘플챔버(50)를 구비해서 2개의 분석기를 구비해야만 하기 때문에 NDIR 분석기(10)의 전체 부피가 크고 가격이 상승한다는 단점이 있다.
또한, 기준챔버(30)와 샘플챔버(50)가 서로 상이하게 에이징(aging) 되기 때문에 시간이 지날수록 NDIR 분석기(10)의 측정된 농도에 신뢰도가 낮아진다.
그리고, 기준챔버(30)에서는 오염이 발생하지 않지만 샘플챔버(50)에서는 시료가스로 인해 광학부품의 오염이 발생한다(일명, 파장의 이동으로 인한 드리프트 문제).
따라서, 부피가 작으면서도 종래의 에이징 문제와 드리프트 문제를 해결할 수 있는 새로운 구조의 NDIR 분석기의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0897279호, 'NDIR 가스 분석기 및 이를 이용한 가스 분석 방법'
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 부피가 작아 콤팩트하면서도 종래의 에이징 문제와 드리프트 문제(오염 문제로 인한 것)를 해결할 수 있는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로, 기준챔버(200)와 샘플챔버(300)를 갖는 NDIR 분석기(100)에 있어서, 적외선(150)을 조사하는 광원(110); 광원(110)의 일측에 구비되는 기준초퍼(120); 기준초퍼(120)를 통해 적외선(150)이 입사되고 시료가스가 주입되는 기준챔버(200); 기준챔버(200)의 일측에 구비되고, 적외선(150)의 세기에 기초하여 전기신호를 출력하는 검출기(290); 기준챔버(200)로 입사되는 적외선(150)을 상기 검출기(290)까지 반사시키는 제 1 반사수단; 광원(110)의 타측에 구비되는 샘플초퍼(130); 샘플초퍼(130)를 통해 적외선(150)이 입사되며, 시료가스가 주입되는 샘플챔버(300); 및 샘플챔버(300)로 입사되는 적외선(150)을 기준챔버(200)를 통해 상기 검출기(290)까지 반사시키는 제 2 반사수단;을 포함하고, 기준챔버(200)의 광경로는 샘플챔버(300)의 광경로보다 상대적으로 짧은 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기가 제공된다.
또한, 기준초퍼(120)는 회전 가능하고, 원주상에 하나의 관통공이 형성되어 있다.
또한, 샘플초퍼(130)는 회전 가능하고, 원주상에 다수의 관통공이 형성되어 있다.
또한, 기준초퍼(120)의 관통공과 챔플초퍼(130)의 관통공은 상호 겹치지 않는 위치에 형성된다.
또한, 기준챔버(200)는 적외선(150)을 제 1 평면상에서 반사시키도록 배치되고, 그리고 샘플챔버(300)는 적외선(150)을 제 1 평면과 일정 각도를 갖는 제 2 평면상에서 반사시키도록 배치된다.
또한, 기준챔버(200)는 적어도 일부가 직육면체 형상을 갖는다.
또한, 제 2 평면은 제 1 평면과 직각을 이룬다.
또한, 기준챔버(200)와 샘플챔버(300)는 적어도 일부가 상호 면접한다.
또한, 제 1 반사수단은, 기준초퍼(120)와 인접하게 배치되어 입사되는 적외선(150)을 반사하는 제 1 기준미러(210); 제 1 기준미러(210)로부터 반사되는 적외선(150)을 반사하는 제 1 화이트셀미러(240a); 제 1 화이트셀미러(240a)에 대향하게 배치되는 제 3 화이트셀미러(250); 제 1 화이트셀미러(240a)의 인근에 배치되어 제 2 화이트셀미러(240b); 및 제 2 화이트셀미러(240b)에서 반사되는 적외선(150)을 검출기(290)로 반사하는 제 2 기준미러(220);를 포함한다.
또한, 제 1, 2 화이트셀미러(240a, 240b) 및 제 3 화이트셀미러(250)는 오목 거울이다.
또한, 기준챔버(200)는, 기준초퍼(120)와 제 1 기준미러(210) 사이에 배치되는 제 1 창(260); 및 제 2 기준미러(220)와 검출기(290) 사이에 배치되는 제 4 창(280);을 더 포함한다.
또한, 제 2 반사수단은, 샘플초퍼(130)와 인접하게 배치되어 입사되는 적외선(150)을 반사하는 제 1 샘플미러(310); 제 1 샘플미러(310)로부터 반사되는 적외선(150)을 반사하는 제 4 화이트셀미러(330a); 제 4 화이트셀미러(330a)에 대향하게 배치되는 제 6 화이트셀미러(340); 제 4 화이트셀미러(330a)의 인근에 배치되어 제 5 화이트셀미러(330b); 및 제 5 화이트셀미러(330b)에서 반사되는 적외선(150)을 상기 기준챔버(200) 내부로 반사시키는 제 2 샘플미러(320); 및 기준챔버(200)내에 배치되고, 제 2 샘플미러(320)에서 반사되는 적외선(150)을 검출기(290)로 반사시키는 제 3 기준미러(230);를 포함한다.
또한, 제 4, 5 화이트셀미러(330a, 330b) 및 제 6 화이트셀미러(340)는 오목 거울이다.
또한, 샘플챔버(300)는, 샘플초퍼(130)와 제 1 샘플미러(310) 사이에 배치되는 제 2 창(350); 및 기준챔버(200)와 샘플챔버(300)은 연결하는 연결공(270);을 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 한개의 광원과 한개의 검출기를 사용하여 드리프트가 없고 노이즈가 적으며 간섭의 영향을 최소화할 수 있다. 따라서, 종래의 2개의 광원을 사용하거나 2개의 광경로를 사용하는 시스템에 비해 노이즈가 적고 인접 가스간의 간섭을 최소화하면서 대상가스의 농도를 정확히 측정할 수 있다.
또한, 오랜 시간 동안의 사용으로 인한 NDIR 부품(광원, 검출기, 미러 등)의 노화(aging) 또는 가스로 인한 오염 등의 영향을 최소화하면서 원하는 대상가스의 농도를 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 부피가 작아 콤팩트하기 때문에 설치가 용이하고 휴대형이나 이동형으로도 제작할 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 동일한 크기의 기준챔버와 샘플챔버를 각각 갖는 종래의 NDIR 분석기(10)의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기(100)의 정면도,
도 3a는 도 2에 도시된 NDIR 분석기(100)의 사시도,
도 3b는 도 3a에서 기준챔버(200)의 광경로를 나타내는 사시도,
도 3c는 도 3a에서 샘플챔버(300)의 광경로를 나타내는 사시도,
도 4는 도 2에 도시된 NDIR 분석기(100)의 평면도,
도 5는 도 2에 도시된 NDIR 분석기(100)의 분해 사시도,
도 6은 도 2에서 기준챔버(200)의 광경로를 나타내는 정면개략도,
도 7은 샘플챔버(300)의 광경로를 나타내는 평면개략도,
도 8은 도 2에서 샘플챔버(200)의 광경로를 나타내는 정면개략도,
도 9는 시료가스의 농도(C)와 검출기(290)에서 측정되는 적외선 강도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
실시예의 구성
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기(100)의 정면도이고, 도 3a는 도 2에 도시된 NDIR 분석기(100)의 사시도이며, 도 4는 도 2에 도시된 NDIR 분석기(100)의 평면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 NDIR 분석기(100)의 분해 사시도이다. 도 2, 도 3a, 도 4, 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 NDIR분석기(100)는 대략 광원(110), 초퍼, 기준챔버(200) 및 샘플챔버(300)로 구성된다.
광원(110)은 일정한 파장(예 : 3.95㎛)의 적외선(150)을 조사한다.
기준초퍼(120)는 광원(110)의 왼쪽(도 2 기준)에서 회전 가능하게 배치되고, 원주방향에 하나의 관통공이 형성되어 있다. 이러한 관통공을 통해 적외선(150)이 기준챔버(200) 내부로 조사된다.
샘플초퍼(130)는 광원(110)의 오른쪽(도 2 기준)에서 회전 가능하게 배치되고, 원주방향에 다수의 관통공이 일정간격으로 형성되어 있다. 이러한 관통공을 통해 적외선(150)이 샘플챔버(300) 내부로 조사된다. 특히, 기준초퍼(120)의 관통공은 샘플초퍼(130)의 관통공과 어긋나도록 배치하여 적외선(150)이 기준챔버(200) 측으로만 조사되거나 혹은 샘플챔버(300)쪽으로만 조사되도록 한다.
기준챔버(200)는 대략 중공의 직육면체 형상으로써 폭과 높이에 비해 두께가 얇으며, 직립되도록 배치된다. 내부는 시료가스로 채워져 있다. 이를 위해 기준챔버(200)는 연결공(270)으로 샘플챔버(300)와 연통된다. 기준챔버(200) 및/또는 샘플챔버(300)는 시료가스를 위한 유입구(미도시)와 유출구(미도시)를 갖는다.
기준챔버(200)는 대략 "ㄱ" 자 형상이고, "ㄱ"자로 함몰된 영역에 광원(110)과 샘플챔버(300)가 배치된다.
제 1 화이트셀미러(240a)는 기준챔버(200)의 내부 상단에서 하부를 향하도록 배치되는 오목거울이다. 제 2 화이트셀미러(240b)는 기준챔버(200)의 내부 상단에서 제 1 화이트셀미러(240a)와 나란히 배치되는 오목거울이다. 제 3 화이트셀미러(250)는 기준챔버(200)의 하단에서 상부를 향하도록 배치되는 오목거울이다.
제 1 창(260)은 기준초퍼(120)와 제 1 기준미러(210) 사이에 배치되어 기준챔버(200)를 밀봉하면서 적외선(150)을 투과한다. 제 4 창(260)은 제 2 기준미러(220)와 검출기(290) 사이에 배치되어 기준챔버(200)를 밀봉하면서 적외선(150)을 투과한다. 이를 위해, 제 1 창(260)과 제 4 창(260)은 투명한 유리나 플라스틱이 바람직하다.
제 1 기준미러(210)는 기준챔버(200)의 내부중 제 1 창(260)의 인근에 설치되어, 광원(110)으로부터 조사되는 적외선(150)을 제 1 화이트셀미러(240a)로 반사시킨다. 제 2 기준미러(220)는 기준챔버(200)의 내부중 제 4 창(280)의 인근에 설치되어, 제 2 화이트셀미러(240b)로부터 반사되는 적외선(150)을 검출기(290)로 반사시킨다.
검출기(290)는 기준챔버(290)의 상부 측면에 배치된다. 검출기(290)는 제 4 창(260)을 통해 조사되는 적외선(150)을 수광하여 광강도에 따라 전압신호를 출력한다.
샘플챔버(300)는 대략 중공의 길이부재이나 단면은 사각형 이외에 원형이나 다각형이어도 무방하다. 샘플챔버(300)는 샘플초퍼(130)의 측면에서 기준챔버(200)에 면접하도록 배치되며, 기준챔버(200)에 대해 직각이 되도록 배치된다. 샘플챔버(300)의 내부는 농도를 알고자 하는 시료가스(예 : NOx, SO2, CO, CO2, HCl, NH3, HF, CH4, 수증기(H20) 등)로 채워져 있다. 이를 위해 샘플챔버(300)는 연결공(270)으로 기준챔버(200)와 연통된다. 기준챔버(200) 및/또는 샘플챔버(300)는 시료가스를 위한 유입구(미도시)와 유출구(미도시)를 갖는다.
제 4 화이트셀미러(330a)는 샘플챔버(300)의 내부 전방(도 2 기준) 배치되는 오목거울이다. 제 5 화이트셀미러(330b)는 샘플챔버(300)의 내부에서 제 4 화이트셀미러(330a)와 나란히 배치되는 오목거울이다. 제 6 화이트셀미러(340)는 샘플챔버(300)의 후방에서 전방을 향하도록 배치되는 오목거울이다.
제 2 창(350)은 샘플초퍼(130)와 제 1 샘플미러(310) 사이에 배치되어 샘플챔버(300)를 밀봉하면서 적외선(150)을 투과한다. 연결공(270)은 기준챔버(200)와 샘플미러(300)를 연통하여 동일한 시료가스가 채워지도록 한다. 이를 위해, 제 2 창(350)은 투명한 유리나 플라스틱이 바람직하다.
제 1 샘플미러(310)는 샘플챔버(300)의 내부중 제 2 창(350)의 인근에 설치되어, 광원(110)으로부터 조사되는 적외선(150)을 제 4 화이트셀미러(330a)로 반사시킨다. 제 2 샘플미러(320)는 샘플챔버(300)의 내부중 연결공(270)의 하부에 설치되어, 제 5 화이트셀미러(330b)로부터 반사되는 적외선(150)을 제 3 기준미러(230)로 반사시킨다.
제 3 기준미러(230)는 기준챔버(200) 내에 구비되며, 제 2 샘플미러(320)로부터 반사되는 적외선(150)을 검출기(290)로 반사시킨다.
실시예의 동작
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예를 동작시키는 방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 기준챔버(200)와 샘플챔버(300)에 동일한 시료가스를 채운다. 이로 인해, 기준챔버(200)와 샘플챔버(300)에서 광학기기의 오염과 노화(에이징)는 동일한 수준에서 일어나게 된다.
도 3b는 도 3a에서 기준챔버(200)의 광경로를 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 2에서 기준챔버(200)의 광경로를 나타내는 정면개략도이다. 기준초퍼(120)와 샘플초퍼(130)가 회전함에 따라 적외선(150)이 기준초퍼(120)의 관통공과 제 1 창(260)을 통해 제 1 기준미러(210)에서 제 1 화이트셀미러(240a)로 반사된다. 이때, 적외선(150)은 샘플초퍼(130) 쪽으로 조사되지 않는다.
광원(110)으로부터 조사된 적외선(150)는 제 1 창(260)-제 1 기준미러(210)-제 1 화이트셀미러(240a)-제 3 화이트셀미러(250)-제 2 화이트셀미러(240b)-제 2 기준미러(220)-제 4 창(280)을 거쳐 검출기(290)로 조사된다. 이때, 적외선(150)은 시료가스를 지나면서 광강도가 감소하게 되고, 검출기(290)에서는 이에 따른 전압이 출력된다. 특히, 기준챔버(200)에서의 적외선(150) 광경로는 샘플챔버(300)에서의 광경로보다 짧다.
도 3c는 도 3a에서 샘플챔버(300)의 광경로를 나타내는 사시도이고, 도 7은 샘플챔버(300)의 광경로를 나타내는 평면개략도이며, 도 8은 도 2에서 샘플챔버(200)의 광경로를 나타내는 정면개략도이다.
기준초퍼(120)와 샘플초퍼(130)가 회전함에 따라 적외선(150)이 샘플초퍼(130)의 관통공과 제 2 창(350)을 통해 제 1 샘플미러(310)에서 제 4 화이트셀미러(330a)로 반사된다. 이때, 적외선(150)은 기준초퍼(120) 쪽으로 조사되지 않는다.
광원(110)으로부터 조사된 적외선(150)은 제 2 창(350)-제 1 샘플미러(310)-제 4 화이트셀미러(330a)-제 6 화이트셀미러(340)-제 5 화이트셀미러(330b)-제 2 샘플미러(320)-연결공(270)-제 3 기준미러(230)-제 4 창(280)을 거쳐 검출기(290)로 조사된다. 이때, 적외선(150)은 시료가스를 지나면서 농도에 비례하여 광강도가 감소하게 되고, 검출기(290)에서는 이에 따른 전압이 출력된다. 이때, 샘플챔버(300)에서의 적외선(150) 광경로는 기준챔버(200)에서의 광경로보다 상대적으로 길어서 서로 다른 전압이 출력된다.
제어부(미도시)는 적외선(150)이 기준챔버(200)를 통과할 때의 검출기(290) 신호와 샘플챔버(300)를 통과할 때의 검출기(290)를 신호를 기초로 하여 시료가스의 농도를 산출한다. 산출된 농도는 디스플레이(미도시)를 통해 표시된다.
비분산(NDIR) 가스 분석기의 기술적 토대는 [수학식 1]과 같은 비어-램버트(Beer-Lambert) 법칙을 기반으로 한다.
[수학식 1]
A = Log(I0/I) = kCL
여기서, A는 시료가스의 상대 흡광도, I0는 초기 광 강도, I는 시료가스가 채워진 챔버를 통과한 후의 광 강도, k는 흡수계수, C는 시료가스의 농도, L은 분석기의 유효 광경로의 길이이다.
[수학식 1]을 본 발명에 따른 콤팩트한 NDIR 분석기에 적용하면 [수학식 2]와 같이 표현할 수 있다. 즉, [수학식 2]는 시료가스의 농도(C)와 검출기(290)에서 측정되는 적외선 강도 사이의 관계를 나타내는 것이다.
[수학식 2]
C = F[log(Iref / Is)]
여기서, Iref는 기준챔버(2000)를 통과한 적외선 강도이고, Is는 샘플챔버(300)를 통과한 적외선의 강도이다.
[수학식 3]
α = Is / Iref
[수학식 3]의 α는 기준챔버(200)와 샘플챔버(300) 사이의 상이한 광경로 길이에 따른 강도비이다. 동일한 광원(110), 동일한 검출기(290)를 사용하므로 α는 상수이고, 오염으로 인한 드리프트 문제는 해결될 수 있다. 도 9는 [수학식 2]를 나타내는 그래프이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 시료가스의 농도(C)는 log(Iref / Is)에 비례함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10 : NDIR분석기,
12 : 광원,
14 : 적외선,
15 : 빔스플리터,
17 : 제 1 적외선,
19 : 제 2 적외선,
20 : 초퍼,
30 : 기준챔버,
40 : 제 1 검출기,
50 : 샘플챔버,
60 : 제 2 검출기,
70 : 제어부,
80 : 표시부,
100 : NDIR분석기,
110 : 광원,
120 : 기준초퍼,
130 : 샘플초퍼,
150 : 적외선,
200 : 기준챔버,
210 : 제 1 기준미러,
220 : 제 2 기준미러,
230 : 제 3 기준미러,
240a : 제 1 화이트셀미러,
240b : 제 2 화이트셀미러,
250 : 제 3 화이트셀미러,
260 : 제 1 창,
270 : 연결공,
280 : 제 4 창,
290 : 검출기,
300 : 샘플챔버,
310 : 제 1 샘플미러,
320 : 제 2 샘플미러,
330a : 제 4 화이트셀미러,
330b : 제 5 화이트셀미러,
340 : 제 6 화이트셀미러,
350 : 제 2 창.

Claims (14)

  1. 기준챔버(200)와 샘플챔버(300)를 갖는 NDIR 분석기(100)에 있어서,
    적외선(150)을 조사하는 광원(110);
    상기 광원(110)의 일측에 구비되는 시료가스가 주입되는 기준초퍼(120);
    상기 기준초퍼(120)를 통해 상기 적외선(150)이 입사되는 기준챔버(200);
    상기 기준챔버(200)의 일측에 구비되고, 상기 적외선(150)의 세기에 기초하여 전기신호를 출력하는 검출기(290);
    상기 기준챔버(200)로 입사되는 상기 적외선(150)을 상기 검출기(290)까지 반사시키는 제 1 반사수단;
    상기 광원(110)의 타측에 구비되는 샘플초퍼(130);
    상기 샘플초퍼(130)를 통해 상기 적외선(150)이 입사되며, 상기 시료가스가 주입되는 샘플챔버(300); 및
    상기 샘플챔버(300)로 입사되는 상기 적외선(150)을 상기 기준챔버(200)를 통해 상기 검출기(290)까지 반사시키는 제 2 반사수단;을 포함하고,
    상기 기준챔버(200)의 광경로는 상기 샘플챔버(300)의 광경로보다 상대적으로 짧은 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준초퍼(120)는 회전 가능하고, 원주상에 하나의 관통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플초퍼(130)는 회전 가능하고, 원주상에 다수의 관통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준초퍼(120)의 관통공과 상기 챔플초퍼(130)의 관통공은 상호 겹치지 않는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준챔버(200)는 상기 적외선(150)을 제 1 평면상에서 반사시키도록 배치되고, 그리고
    상기 샘플챔버(300)는 상기 적외선(150)을 상기 제 1 평면과 일정 각도를 갖는 제 2 평면상에서 반사시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기준챔버(200)는 적어도 일부가 직육면체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 두개의 기능적 채널을 이용한 NDIR 분석기의 측정방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 평면은 상기 제 1 평면과 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 기준챔버(200)와 상기 샘플챔버(300)는 적어도 일부가 상호 면접하는 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반사수단은,
    상기 기준초퍼(120)와 인접하게 배치되어 입사되는 상기 적외선(150)을 반사하는 제 1 기준미러(210);
    상기 제 1 기준미러(210)로부터 반사되는 상기 적외선(150)을 반사하는 제 1 화이트셀미러(240a);
    상기 제 1 화이트셀미러(240a)에 대향하게 배치되는 제 3 화이트셀미러(250);
    상기 제 1 화이트셀미러(240a)의 인근에 배치되어 제 2 화이트셀미러(240b); 및
    상기 제 2 화이트셀미러(240b)에서 반사되는 상기 적외선(150)을 상기 검출기(290)로 반사하는 제 2 기준미러(220);를 포함하는 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 화이트셀미러(240a, 240b) 및 상기 제 3 화이트셀미러(250)는 오목 거울인 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 기준챔버(200)는,
    상기 기준초퍼(120)와 상기 제 1 기준미러(210) 사이에 배치되는 제 1 창(260); 및
    상기 제 2 기준미러(220)와 상기 검출기(290) 사이에 배치되는 제 4 창(280);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 반사수단은,
    상기 샘플초퍼(130)와 인접하게 배치되어 입사되는 상기 적외선(150)을 반사하는 제 1 샘플미러(310);
    상기 제 1 샘플미러(310)로부터 반사되는 상기 적외선(150)을 반사하는 제 4 화이트셀미러(330a);
    상기 제 4 화이트셀미러(330a)에 대향하게 배치되는 제 6 화이트셀미러(340);
    상기 제 4 화이트셀미러(330a)의 인근에 배치되어 제 5 화이트셀미러(330b); 및
    상기 제 5 화이트셀미러(330b)에서 반사되는 상기 적외선(150)을 상기 기준챔버(200) 내부로 반사시키는 제 2 샘플미러(320); 및
    상기 기준챔버(200)내에 배치되고, 상기 제 2 샘플미러(320)에서 반사되는 상기 적외선(150)을 상기 검출기(290)로 반사시키는 제 3 기준미러(230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 4, 5 화이트셀미러(330a, 330b) 및 상기 제 6 화이트셀미러(340)는 오목 거울인 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 샘플챔버(300)는,
    상기 샘플초퍼(130)와 상기 제 1 샘플미러(310) 사이에 배치되는 제 2 창(350); 및
    상기 기준챔버(200)와 상기 샘플챔버(300)은 연결하는 연결공(270);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콤팩트한 기준챔버를 갖는 NDIR 분석기.
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