KR970000635B1 - 유리 산소를 검출하는 방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

유리 산소를 검출하는 방법
제1도는 본 발명에 따른 유리 산소 검출기의 개략도이고,
제2a 및 제2b도는 본 발명에 따른 차동 열전대 감지기의 출력(밀리볼트)과 산소 농도와의 관계를 나타낸 그래프이며,
제3도는 차동 열전대 감지기의 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 시료 분석 장치 12 : 어니일링로 벽면
14 : 가연성 공기 16 : 프로브
18 : 시료도입라인 20 : 시료 오리피스
22 : 연결라인 24 : 감지장치
26 : 전압계 28 : 배기라인
30 : 흡입가스 공급기 32 : 흡입가스 오리피스
34 : 연결 라인 36,38 : 저항가열기/항온기
40 : 온도 작동 흐름 조절장치 46 : 흡입장치
48 : 배기라인 50 : 차단 밸브
52 : 배기구
본 발명은 유리 산소를 검출하는 방법에 관한 것이다. 특히, 가연성 공기중에서 유리 산소를 측정하기에 적합한 열전대 장치가 설치하여 유리 산소를 검출하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 산소 검출기(Oxygen Detector)는 공업용 공기와 연소연도 가스 중의 산소 함량을 감지(Sense)하기 위해 지르코늄과 같은 산소 이온 전도성 고체 전해질을 사용하는 것을 알려져 있다. 이러한 감지기(Sensor)를 이용하는 시스템은 로스(Ross)의 미국특허 제3,960,500호에 예시되어 있다. 이러한 감지기를 이용하여 가스 시료중의 산소 함량의 신호 표시를 제공하기 위해서는 감지기의 온도를 공기 시료의 활성 영역으로 향상시킬 필요가 있다. 요구되는 감지기의 작동 온도는 815.6℃(1500℉) 이상으로 할 수 있다. 이러한 작동 온도는 가연성 공기의 자연 점화 온도를 초과하기 때문에 상기와 같은 형태의 감지기는 가연성 공기내의 유리 산소를 검출해 내는데 부적합한 것으로 판명되었다. 또한, 이러한 감지기의 높은 작동 온도는 실질적으로 유리 산소의 함량을 검출하기도 전에 유리 산소가 가연성 공기와 반응하므로써 그 유리산소의 측정값이 실제보다 낮은 값으로 얻어지게 될 수도 있다. 이와 같은 잘못된 측정값으로 인하여 가연성 공기내에서 유리 산소의 잠재적인 위함 수준을 제대로 검출해 내지 못하는 결과를 초래하기도 하였다.
피이셔(Fisher)의 미국특허 제4,063,898호에 예시되어 있는 바와 같이, 종래의 차동 열전대 감지기(Diffferential Themocuples Sensor)는 기류 내에서 가연성 가스를 감시하는데 사용되어 왔다. 이러한 감지기는 촉매로 코팅된 한 개의 접점과 비촉매로 코팅된 다른 한 개의 접점을 가지는 차동 열전대쌍으로 이루어져 있다. 따라서, 가연성 기체가 촉매와 반응하여 촉매 코팅 열전대 접점으로부터 열이 방출되도록 하기 위해서 가연성 가스가 대기 중에 존재하는 주변 온도 이상으로 가열되고, 이에따라 촉매 코팅 접점의 온도가 가연성 가스의 농도에 비례해서 촉매가 코팅되지 않은 접점 이상으로 상승하게 된다. 따라서, 상기 장치로부터의 출력 신호는 기류 내에 포함되어 있는 가연성 가스의 농도를 표시하는 값이 된다. 그러나, 상기와 같은 차동 열전대쌍을 사용한 종래의 검출기는 대기 중에 존재하는 주변 온도에서 가연성 공기 중에 포함되어 있는 유리 산소를 측정하는데 적합한 지는 알 수 없다.
이에 감지기가 높은 온도에서 작동됨으로 해서 가연성 공기의 자연 발화 온도를 초과하게 되거나 또는 가연성 공기 중에 포함된 유리 산소 수준을 잘못 측정하게 되는 종래의 문제점을 해결함과 동시에 가연성 공기내의 유리 산소를 효과적으로 검출해낼 수 있는 검출기가 필요하게 되었다.
본 발명은 종래 기술의 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 가연성 공기의 자연-발화 온도 이하의 온도에서 작동하면서 가연성 공기내의 유리 산소를 효과적으로 측정해낼 수 있는 유리 산소 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 차동 열전대 장치가 설치된 산소 검출기로서, 그 열전대쌍의 제1열전대 접점을 가연성 공기내의 유리산소와 반응하여 열을 발생할 수 있도록 촉매 물질로 코팅되어 있으며, 이로 인해 촉매가 코팅된 열전대 접점의 온도가 상승하게 된다. 열전대쌍의 제2접점은 가연성 공기내의 유리산소와 반응하여 열을 발생시키지 않는 비촉매 물질이 코팅되어 있다. 따라서, 제1열전대의 온도가 제2열전대의 온도 이상으로의 증가는 가연성 공기중의 유리 산소와 비례한다.
따라서, 본 발명의 한 구현예로는 어떠한 외부 열의 적용없이도 작동될 수 있는 가연성 공기내에서 유리 산소를 측정하기 위한 검출기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 구현예로는 위험이 많은 공기중에서 근본적으로 안전하게 유리 산소를 측정할 수 있는 검출기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로는 차동 열전대를 이용하는 가연성 공기중에서 유리 산소를 검출하기 위한 분석기를 제공하는데 있다.
이와 같은 본 발명을 예시한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도면에 대해서는 본 발명의 바람직한 구현예를 설명할 목적으로 예시한 것으로 본 발명을 도면에 한정하기 위한 것은 아니다.
본 발명의 제1도에서 부호 10으로 나타낸 시료 분석 장치는 어니일링의 안쪽으로부터 가연성 공기(14)의 시료를 흡입하여 분석하고, 배기구(52)에서의 응축방지를 위해서 가연성 공기의 시료를 다시 배기라인(48)을 통해서 어니일링로 배기하도록 어니일링로 벽면(12)에 연결되어 있다. 상기 시료 분석 장치(10)는 연도가스를 도관에서 다시 도관으로 재순환시키게 되는 미국특허 제3,960,500호에 기재된 시스템과 유사하며, 이러한 시료 분석 장치에 대한 보다 상세히 설명한 상기 특허 자료에 잘 나타나 있다.
상기 가연성 공기(14)의 시료는 어니일링로 안쪽으로 확장되어 있는 시료 프로브(16)를 통해서 시료 분석 장치(10)로 흡입된다. 상기 프로브(16)는 미국특허 제4,286,472호에 기재된 것과 유사할 수 있으며, 먼지와 매염 입자가 상기 프로브(16)를 통해서 시료 분석장치(10)로 유입되는 것을 방지하도록 되어 있다. 프로브에 대한 보다 상세한 설명은 상기 특허 자료에 잘 나타나 있다.
상기 가연성 공기(14)의 시료는 흡입장치(46)의 작동에 의해서 상기 프로브(16)를 통해 상기 시료 분석장치(10)로 흡입된다. 상기 흡입장치(46)는 흡입 가스 공급기(30)에 의해서 제공되는 흡입 가스에 의해서 작동하게 된다. 바람직한 구현예로 상기 흡입 가스 공급기(30)로는 가압질소 가스탱크로 하는 것이 바람직하지만, 가연성 공기(14)의 조성에 따라서, 그리고, 가연성 공기(14)의 시료가 어니일링로 안쪽으로 다시 배출되는지 아니면 대기중으로 배출되는지에 따라서 다른 가스, 이들의 혼합물 또는 공장 공기(Shop Air)등으로 대체할 수 있다. 상기 흡입 가스 공급기(30)에는 흡입 가스의 배출 압력을 대략 15PSI로 유지하기 위해서 통상적인 압력 조절기(도면에 도시하지 않음)가 연결되어 있다.
상기 흡입 가스 공급기(30)는 흡입 가스 오리피스(32)와 연결되어 있는데, 상기 오리피스(32)의 크기는 가연성 공기(14)의 전체 시료 흡취율 1425 내지 2375cc/분, 바람직하게 1900cc/분이 되도록 상기 흡입 가스 공급기(30)의 배출 압력과 흡입장치(46)의 작용을 고려하여 조절한다.
상기 흡입 가스 오리피스(32)는 시료분석장치(10)내에 연속적인 사인 곡선형으로 형성되어 있는 연결라인(34)에 의해서 흡입장치(46)와 연결되어 있다. 상기 연결라인(34)이 사인 곡선형으로 형성되어 있는 것은 흡입 가스가 흡입장치(46)와 접촉하기 전에 연결라인(34)과 흡입 가스가 오래동안 접촉하여 흡입가스가 적당한 예비조건을 가질 수 있도록 하기 위해서이다. 상기 연결라인(3)가까이에는 저항 가열기/항온기(36)가 위치하고 있으며, 흡입 가스의 온도를 가연성 공기(14)의 이슬점 이상으로 유지하도록 조절하여 흡입 장치(46)내에서 가연성 공기(14)의 시료와 흡입 가스가 혼합될 때 가연성 공기의 시료가 응축되는 것을 방지하게 된다.
상기 흡입 장치(46)와 상기 연결라인(34)의 사이에는 온도 작동 흐름 조절 장치(40)가 연결되어 있다. 상기 흐름 조절 장치(40)는 호올(Hall)의 미국특허 제4,557,419호에 기재된 것과 유사하며, 흡입 가스의 온도가 가연성 공기(14)의 이슬점 이상일 경우 시료 분석장치(10)가 연속적으로 가연성 공기(14)를 흡입하지만, 만일 흡입 가스의 온도가 가연성 공기(14)의 이슬점 이하로 낮아지면 시료 분석 장치(10)가 가연성 공기(14)의 시료를 흡입하는 것을 중단하도록 하는 작용을 한다. 이러한 온도 작동 흐름 조절장치(40)에 대한 보다 상세한 설명은 상기 특허자료에 잘 나타나 있다.
상기 프로브(16)는 시료 도입 라인(18)을 통해서 시료 오리피스(20)에 연결되어 있으며, 상기 시료 오리피스(20)의 크기는 가연성 공기(14)의 흡취율이 1425 내지 2375cc/분, 바람직하게는 1900cc/분이 되도록 흡입 가스 공급기(30)의 배출 압력과 흡입장치(46)의 작용을 고려해서 조절할 수 있다.
상기 시료 오리피스(20)는 연결라인(22)과 연결되어 있으며, 상기 연결라인(22)은 상기 가연성 공기(14) 시료가 감지 장치(24) 그리고 흡입장치(46)와 접촉을 하기 전에 적당한 예비조건을 가질 수 있도록 상술한 바와 같이 연결라인(34)과 같이 연속적인 사인 곡선형으로 상기 시료 분석 장치(10)내에 형성되어 있다. 상기 연결 라인(22)가까이에는 저항 가열기/항온기(38)가 위치하고 있으며, 가연성 공기(14)의 시료가 이슬점 이상으로 유지하도록 조절하여 연결라인(22)이나 감지장치(24)내에서 가연성 공기의 시료가 응축되는 것을 방지하게 된다.
상기 연결 라인(22)은 감지 장치(24)와 연결되어 있다. 상기 감지장치(24)는 가연성 공기(14)의 시료를 연속적으로 분석하는데 도움을 주게 된다. 상기 감지장치(24)는 미국특허 제 4,063,898호에 기재된 것과 유사하고, 제3도와 같은 차동열전대 감지기를 포함할 수 있다. 상기 감지장치는 촉매가 코팅된 하나의 접점과 비촉매로 코팅된 하나의 접점으로 된 한쌍의 차동 열전대쌍으로 이루어져 있다. 이러한 감지기에 대한 보다 상세한 설명은 특허 자료에 잘 나타나 있다.
이러한 감지 장치(24)내에서 가연성 공기(14)의 시료가 촉매와 반응하여 촉매 코팅 열전대 접점에서 열을 방출하므로서 가연성 공기(14)중에 포함되어 있는 유리산소의 농도에 비례하여 촉매 코팅 접점의 온도가 비촉매 코팅 접점온도이상으로 상승하게 된다. 상기 감지장치(24)에는 감지장치(24)의 출력을 보여주기 위한 전압계(26)가 연결되어 있다.
첨부 도면 제2도와 관련해서, 촉매 코팅 연전대 접점에서 방출되는 열은 가연성 공기(14)중에 포함되어 있는 유리 산소의 농도에 의존하므로 유리 산소 농도와 상기 전압계(26)이 출력(밀리볼트)이 서로 비례 관계에 있음을 알 수 있다. 상기 감지장치(24)로부터의 출력신호는 곧 가연성 공기(14)중에 포함되어 있는 유리 산소의 농도를 나타내게 된다. 상기 전압계(26)는 상기 감지장치(24)를 통과하는 가연성 공기(14)의 시료중에 포함되어 았는 유리 산소의 농도를 직접 판독할 수 있도록 제2도에 나타낸 표에 따라 눈금을 정해줄 수 있다.
상기 감지장치(24)와 상기 흡입장치(46)사이에는 감지장치(24)로부터 가연성 공기(14)의 시료를 수용할 수 있도록 배기라인(28)이 연결되어 있다. 상기 시료는 상기 배기라인(48)을 통해서 배기구(52)로 배출되어 어니일링로 내부로 되돌아가거나 대기중으로 배출된다. 상기 시료 도입 라인(48)내에는 차단 밸브(50)가 위치하고 있어 시료 도입 라인 (18)을 수동으로 밀폐시켜 시료 분석장치(10)에 대한 정해진 구경 측정과 보존을 할 수 있도록 상기 시료분석장치(10)를 격리시킬 수 있게 된다.
상기한 설명을 기초로 이 기술분야의 통상의 기술자에 의해서 어떤 변형이나 개선이 있을 수 있다. 예컨대, 제3도에 나타낸 감지기에 추가로 촉매 코팅 열전대접점과 추가로 비촉매 코팅 열전대 접점을 연속해서 포함시켜서 유리 산소에 대한 검출기의 감도를 두배로 할 수 있다. 이러한 모든 변형과 개선은 간절함과 읽기 쉽게 할 목적으로 생략하지만, 첨부한 청구범위의 범위내에 속하는 것으로 이해해야 한다.

Claims (7)

  1. 산소 감지기를 제공하는 단계 ; 가연성 공기와 자동 점화 온도 이하, 이슬점 이상의 온도에서 상기 검지기에 가연성 공기를 제공하는 단계; 및 상기 감지기에 어떤 외부 열을 적용함이 없이 상기 주어진 온도에서 상기 감지기로 상기 공기중의 유리 산소를 측정하는 단계로 이루어진 공기의 자연 점화 온도 이하의 온도에서 가연성 공기중의 유리 산소를 검출하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감지기는 가연성 공기중에 위치하며, 촉매가 코팅된 수단을 가지는 제1열전대 접점으로 이루어져 있되 가연성 공기중의 유리 산소가 상기 촉매 수단과 반응하여 열을 방출하고 가연성 공기중에 있는 유리 산소의 함량에 비례해서 제1열전대 접점의 온도가 증가되도록 하여서 유리 산소를 검출하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 감지기는 가연성 공기중에 위치하며, 비촉매가 코팅된 수단을 가지는 제2열전대 접점이 추가로 이루어져 있되 상기 가연성 공기중의 유리 산소가 상기 제2열전대 접점과 반응하여 열이 방출되지 않도록 하여서 유리 산소를 검출하는 방법.
  4. 산소 감지기를 제공하는 단계 ; 위험한 공기의 자연 발화 온도이하, 이슬점 이상의 온도에서 상기 감지기에 위험한 공기를 제공하는 단계; 및 상기 감지기에 어떤 외부열을 적용함이 없이 상기 감지기로 상기 위험한 공기의 존재 온도에서 상기 위험한 공기중의 유리 산소를 측정하는 단계로 이루어진 위험한 공기 중의 유리산소를 검출하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 검지기는 상기 위험한 공기 중에 위치하는 제1열전대 접점 ; 상기 위험한 공기중에 위치하는 제2열전대 접점 ; 및 상기 제1열전대 접점 주위에 형성된 촉매 수단으로 이루어져 있되 상기 위험한 공기를 공기중의 유리 산소가 상기 촉매 수단과 반응하여 열을 방출하도록 하고, 상기 위험한 공기중의 유리 산소의 함량과 비례해서 상기 제1열전대와 상기 제2열전대간에 온도 편차가 발생하도록 하여서 되는 유리 산소를 검출하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1열전대는 제2열전대와 연결되어 있어 차동 열전대 쌍을 형성하도록 하는 유리 산소를 검출하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1열전대 접점과 제2열전대 접점 간에 온도 편차를 나타내는 수단을 포함하여서 되는 유리 산소를 검출하는 방법.
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