KR900000823B1 - 열량측정 방법 및 열량계 - Google Patents

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내용 없음.

Description

열량측정 방법 및 열량계

제1도는 연소에 필요한 산소의 입방피이트 대 BUT'S에서의 열량 사이의 관계를 도시한 그래프.

제2도는 본 발명에 따른 열량계의 개략도.

본 발명은 열량측정방법 및 열량계에 관한 것으로, 특히 어떤 테스트샘플속에 있는 가연성 물질들을 완히 촉매연소시키는데 소비된 그리고 그 테스트샘플의 발열량에 비례하는 산소량 측정을 통하여 열량을 측정하는 새롭고도 유용한 열량측정 방법 및 열량계에 관한 것이다.

열량측정의 여러가지 기술들이 공지되어 있다.

그들중 수류 열량측정으로 알려진 기술은 연속적으로 흐르는 가스의 연소에 의하여 열이 연속적으로 흐르는 물에 전달된다는 동작 원리에 근거를 두고 있다.

물의 양과 연소된 가스의 체적량은 알고 있은 것이며, 물에서의 온도 상승을 측정하면 된다. 이 기술의 단점은 응답시간, 주위와의 열교환으로 발생되는 손실, 및 물질들을 연소시켜 발생된 열을 그 물에 완전히 전달할 수 있으냐 하는 어려움 때문이다.

차동팽창 열량측정으로 알려진 또 다른 기술은 시그마 기구회사(Sigma Instrument Company Ltd.)가 이용해온 것으로서, 공보에서는 ＂문제가 없는 기록용 마크 II기록 열량계＂라는 제목으로 공개되어 있다. 이러한 장치에서, 특정가스의 열용량은 연소된 뜨거운 물질들을 동심(同心)으로 설치된 두개의 금속관들을 통과시키면 구해진다. 이 관들의 열팽창이 다른 것은 연소되어 입력되는 가스의 열과 직접적으로 관련되어 있다.

이러한 기술의 단점은 주위와의 열교환 때문이며, 특히 기구가 동등하게 가열되는 않는다는 것이다.

본 발명은 연소에 필요한 산소량이 어떤 가스의 열량에 비례한다는 원리를 이용하고 있다.

시.지.하이드 및 엠.더블류.존스의 어네스트 벤 리미티드, 런더, 1960년 발행 ＂가스 열량측정＂의 411페이지를 참조하라, 본 발명은 이 원리를 이용하며, 또한 산소함유 가스를 이용하여 테스트가스를 산화시킨후, 이산소함유 가스의 한 알려진 샘플속에 남아 있은 산소량을 측정하기 위하여, 전기화학적 측정전치 특히 Zro₂연료전지를 활용한다. 이 연료 전지의 상세한 내용은 여기에서 거론하지 않으나. Hickan등의 미국특허(1971.8.3) 제3,597,345호에서 잘 설명되어 있다.

본 발명에 따르면, 테스트가스의 열량의 값은 간단하게 지시계의 값으로 혹은 제어기능을 위하여 활용될 수 있는 실시간(real time)측정에서 구해질 수 있다.

테스트가스나 혹은 샘플가스의 완전산화를 위하여, 대략 1500℉의 고온으로 상승시킨 촉매연소실을 이용한다. 화염연소를 사용하면 반응된 물질들이 반응되지 않은 분자들을 가림(masking)으로써 완전산화가 결코 일어나기 어려우므로, 화염연소보다는 촉매연소를 이용하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 테스트가스의 열량을 연속검사하기 위한 열량계를 제공하는 것인데, 이 열량계는 테스트가스의 알려진 일정체적의 유량을 공급하기 위한 제1정류(定流)장치, 테스트가스를 완전히 산화하는데 필요한 량보다 많은 산소량을 가지는 산소함유가스의 알려진 일정체적의 유량을 공급하기 위한 제2정류장치, 촉매를 함유하고 있고, 테스가스와 산소함유 가스를 흡입하는 제1정류장치 및 제2정류장치에 연결되어 있으며, 테스트가스의 열량에 비례하는 산소량을 소비하도록 산소함유 가스내의 산소와 그 테스트가스를 완전한 촉매연소시키는, 촉매연소실을 형성하는 장치, 촉매연소를 위해 연소실을 가열하는 가열장치, 촉매연소된 물질들을 입수하여 그 물질들내의 잔여산소량을 측정하기 위하여 상기 촉매연소실에 연결된 하나의 전기화학적 산소측정전지, 및 알고 있는 산소체적량과 촉매연소된 물질들내의 잔여산소량 사이의 차이에 비례하는 값, 즉 소비된 산소량에 비례하며 또한 테스트가스의 열량이 비례하는 값을 발생시키기 위하여 전지에 연결된 회로장치들로 구성되어 있다.

본 발명의 다른 목적은 일정량의 비율로 촉매연소실에 산소함유 가스 및 테스트가스를 제공하는 단계, 그 촉매연소실에서 그 테스트가스를 산소로 촉매연소시키는 단계, 및 연소된 물질들의 산소잔여량을 측정하여 그 테스트가스의 열량에 비례하는 산소소비량을 결정하는 단계들로 구성된 어떤 테스트가스의 열량을 연속적으로 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 설계가 간단하고, 구조가 튼튼하며, 제조가 경제적인 열량계를 제공하는 것이다.

본 발명에서 특징으로하고 있는 신규성의 여러가지 특징, 장점들은 본 명세서의 부분을 형성하며 첨부된 청구범위에서 특별히 지적될 것이다. 이하 본 발명을 용이하게 설명하기 위하여 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하겠다.

도면을 참조하면, 제2도에서는(50)으로 표시된 열량계가 도시되어 있으며, 이 열량계(50)는 가열된 블록(12)내에 형성된 촉매연소실(10)에서 연소된 물질들내의 잔여산소량을 측정하기 위하여 측정전지(60)를 사용하고 있다.

블록(12)은 가열장치(14)에 의하여 가열된다. 산소 함유 가스는, 우선적으로 공기는, 흡입라인(16)을 거쳐 정류(定流) 펌프(18)에 공급된다. 정류펌프(18)는 적절한 스위칭밸브들을 갖는 왕복 실린더펌프와 같이 정류체적량을 공급하기 위하여 정확히 조절될 수 있는 종류이면 어느 것이라도 좋다. 또한 일정한 압력이 유지되도록 정류펌프(18)의 작동을 조절할 수 있어서, 대기의 특정압력 변화에 대하여 보상이 필요없게 된다. 예를 들어 연료나 또는 산화성 가스인, 샘플 또는 테스트가스는 가스 흡입라인(20)을 거쳐 또 다른 정유펌프(22)에 공급된다. 그 결과, 샘플가스와 공기의 체적 흐름비를 알 수 있다. 두 가스는 혼합되고, 그 테스트샘플속의 가연성 원소들을 완전히 연소시키기 위하여 꾸불꾸불한 촉매연소실에 주어진다.

가열장치(14)는 블록(12)을 가열하여 이 블록이 약 1500℉의 온도를 유지하도록 작동된다. 촉매연소실(10)로부터 산소가 줄어든 물질들은 라인(24)에 공급된다. 이후에 이 흐름은 측정전지(60)로가는 통과라인과 또 하나의 라인(26)으로 분활된다. 전지(60)이후에, 이 가스는 합류되어 라인(28)을 거쳐 출구로 이송된다.

검사플러그(30,32)들은 시스템내의 여러가지 라인들을 검사하기 위한 것이며, 또한 테스트 가스포트(34)는 연소된 물질들의 한 샘플을 얻기 위하여 설치되어 있다.

측정전지(60)는 앞에서 언급한 Hickam등의 특허에서 공개된 그런 종류인 공지된 전기화학적 Zro₂연료전지가 바람직스럽다.

측정전지(60)에서 오는 신호는 회로장치(36)에 의하여 처리된다. 회로장치(36)는 측정전지(60)로부터 온 신호를 분석하며, 연소된 혼합물내에 잔여산소량을 구해준다.

정류펌프(18)에 의하여 공급되었던 최초의 산소량과, 정류펌프(22)에 의하여 공급되었던 테스트샘플 또는 연료의 량을 알고 있기 때문에, 촉매연소실(10)내에서 실제로 소비된 산소량이 계산될 수 있은 것이며, 이 계산값은 테스트가스의 열량에 비례한다.

제1도에서는 BTU에서의 열량과 여러가지 가연성 가스들 또는 연료들의 연소에 사용된 산소량 사이의 선형관계를 도시하고 있다. 다음 표에서 알 수 있는 바와 같이, 여러가지 가연성 가스들의 열량은 테스트가스의 동일량을 완전히 연소하는데 필요한 산소량에 정비례한다.

이들 값들과 다른 관련 정보에 대하여서는 1952년 오하이오샌더스키, 핸드북 퍼블리쉬어, 인코포레이티드, 앤.에이.랜지의 핸드북 오브 캐리스트리 802-803 페이지를 참조하면 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 펌프(22)로 공급된 샘플가스의 모든 산화성 성분들을 완전히 연소시키기 위하여 필요한 양보다 더 많은 공기가 펌프(22)로 공급되어야 한다. 이것은 연소된 물질들내에 잔여산소를 유지하기 위해서이다.

필요한 산소량이 반드시 연료나 혹은 테스트가스의 수소-탄소 비에 따른 필요는 없으므로, 본 발명의 장치는 예를 들어 다음 표에서 알 수 있은 바와 같이 여러 종류의 연료들에서도 사용될 수 있다.

[표 1]

가스들의 연소상수

촉매연소는 테스트샘플 내에서 모든 가연성 물질들의 완전연소가 가능하기 때문에 화염연소보다 휠씬 바람직스럽다.

촉매피독의 가능성 문제를 극복하기 위하여 비교적 큰 촉매상(床)이 연소실(10)에서 사용되는데, 이것은 촉매의 수명을 길게 해준다.

본 발명에 따르면, 열량은 종래 기술의 열량계들 보다 시간지연이 없이 더 빠르게 구해진다.

Claims (5)

1. 테스트가스의 열량을 연속적으로 측정하기 위한 열량계로서, 알려진 일정체적의 테스트가스를 공급하기 위한 제1정류(定流)장치, 그 테스트가스를 완전히 산화시키는데 필요한 량보다 많으며 값이 알려진 산소량을 갖는 알려진 일정체적의 산소함유 가스를 공급하기 위한 제2정류장치, 테스트가스 및 산소함유 가스를 흡입하는 제1정류장치 및 제2정류장치에 연결되어 있으며, 연소된 물질들내에 잔여산소를 남기는 산소량을 갖는 산소함유가스와 테스트가스를 완전 촉매연소시키는 촉매연소실을 형성하는 장치, 촉매연소시키기 위하여 촉매연소실을 가열하는 가열장치, 연소된 물질들을 받아들여 그 물질들내에 있는 잔여산소를 측정하기 위하여 상기 연소실에 연결된 전기화학적 산소측정전지, 및 알고 있는 체적의 산소량과 잔여산소량 사이의 차이에 비례하는 값, 즉 연소실에서 소비된 산소량에 비례하며 또한 테스트가스의 열량에 비례하는 값을 발생시키기 위하여 상기 전지에 연결된 회로장치들로 구성되는 상기 열량계.
2. 제1항에 있어서, 제1 및 제2정류장치가 제1 및 제2정류펌프들로 구성되는 열량계.
3. 제2항에 있어서, 제1및 제1정류펌프가 왕복실린더펌프들로 구성되는 열량계.
4. 제1항에 있어서, 전기화학적 산소측정전지가 ZrO₂연료전지로서 구성되는 열량계.
5. 가스의 열량을 연속적으로 측정하는 방법에 있어서 테스트가스를 알려진 정류(定流)비율로 촉매연소실로 공급하는 단계, 산소함유 가스를 알려진 정류비율로 촉매연소실로 공급하는 단계, 소정의 산소량을 소비하여 그 테스트가스를 완전히 연소하고 잔여산소를 포함하는 연소된 물질들을 만드는 촉매연소실을 가열하는 단계, 연소된 물질들내에 있는 잔여산소량을 측정하는 단계, 연소실내로 유입되는 알려진 체적의 산소량과 연소된 물질내의 산소량 사이의 차이에 비례하는, 즉 촉매연소실에서 소비된 산소량에 비례하는 테스트가스의 열량을 구비하는 단계들로 구성된 상기 열량측정방법.

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