KR101317058B1 - 인시츄 가스측정기의 자동교정장치 - Google Patents

인시츄 가스측정기의 자동교정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인시츄 가스측정기의 자동교정장치에 관한 것이다. 그 구성은; 발광부(6)와, 가스측정부(8)를 포함하는 측정기 본체(2); 발광부(6)에서 발광된 빛이 상기 덕트(D)의 내부 공간을 경유한 다음 상기 측정기 본체(2)로 입사되도록 안내하는 프로브(4); 상기 측정기 본체(2)에서 발광된 빛을 이용하여 상기 측정기 본체(2)의 가스측정부(8)를 교정하기 위한 자동교정장치(10)를 포함하되; 상기 자동교정장치(10)는; 상기 측정기 본체(2)의 발광부(6)와 상기 프로브(4) 사이에 개입 설치되는 외부케이싱(12); 외부케이싱(12) 내부에 설치되는 회귀반사체(14); 상기 제1윈도우(20)를 통과하여 유입된 빛이 상기 제2윈도우(22)를 통해 상기 프로브(4)로 향할 수 있도록 상기 회귀반사체(14)를 조작함으로써 상기 빛의 경로로부터 이탈되도록 하는 반사해제수단; 상기 외부케이싱(12) 내부에 표준가스를 공급하기 위한 표준가스 공급부(16)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인시츄 가스측정기의 자동교정장치{Calibrating device For In-Situ Stack Gas Analyzer}
본 발명은 스택 덕트 내의 배출 가스를 측정하고 분석하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스택 덕트를 통해 외부로 배출되는 배출가스를 측정하고 분석하여 자체적으로 교정하는 수단을 구비하는, 인시츄 가스측정기의 자동교정장치에 관한 것이다.
인시츄 가스 측정기는 산업용 스택 덕트(stack duct) 내부를 통하여 외부로 배출되는 다양한 배출 가스의 성분 특성을 광학적으로 측정하고 분석하는 장치이다. 종래의 인시츄 가스측정기는 장기간 사용시 지속적으로 정교하게 측정 및 분석하기 위해 자동교정장치를 구비하고 있다. 그리고 분광 유닛은 정확한 측정을 위해 주기적인 교정을 필요로 하게 되는데, 이러한 교정을 위해서는 인시츄 가스측정기의 분광 유닛을 스택 덕트로부터 분리하여야 하는 번거로움이 있고, 나아가 배출가스의 연속적인 측정 및 분석이 곤란하였다. 이러한 문제에 대하여 대한민국 특허등록 제10-1129541호는 분광 유닛을 스택 덕트로부터 분리하지 않으면서 연속적으로 스택 덕트를 통과하는 다양한 배출가스의 측정기능을 주기적으로 교정할 수 있는 가스측정기를 제안하고 있다. 이에 의하면, 회전하는 필터 휠에 의해서 광원으로부터 조사되는 광을 프로브 또는 교정 셀로 선택적으로 가이드하여 스택 덕트 내의 배출가스의 성분 특성을 연속적으로 정교하게 분석하고 제어부를 프로브 또는 덕트와 분리하지 않은 상태에서 자동적으로 가스 농도를 교정할 수 있게 되었다.
그러나 위 등록특허에 의하면 광을 교정 셀로 보내기 위해서는 광경로를 90°변환시킨 다음 동일한 경로를 따라 회귀되는 빛을 수광하여 분석하는 과정을 거치게 되는데, 45°로 고정된 반사 미러가 반복적으로, 왕복 또는 회전운동을 하는 과정에서 기구적인 불안정성이 야기되어 광신호가 왜곡될 수 있다.
위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은 스택 덕트를 통해 외부로 배출되는 배출가스의 성분 및 농도를 측정하고 분석하는 인시츄 가스측정기를 제공하되; 자동 교정장치를 구비하고 있으며, 광경로를 수직구조대신 수평구조로 바꾸어 단순화 및 단소화 함으로써 광잡음을 최소화하고 기계적으로 안정적인 구조를 가짐으로써 보다 정확한 측정값을 얻을 수 있게 하는, 인시슈 가스측정기의 자동교정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적은, 배출가스가 통과되는 덕트의 벽체에 고정 설치되는 것으로서 상기 덕트의 내부를 향해 빛을 발광시키는 발광부와, 입사되는 빛을 통해 상기 덕트를 통과하는 배출가스를 측정하는 가스측정부를 포함하는 측정기 본체; 일단은 상기 덕트의 벽체를 관통하여 상기 측정기 본체에 연결되고, 타단은 상기 덕트의 내부를 가로지르도록 연장되는 것으로서, 상기 발광부에서 발광된 빛이 상기 덕트의 내부 공간을 경유한 다음 상기 측정기 본체로 입사되도록 안내하는 프로브를 포함하는 인시츄 가스측정기에 있어서;
상기 측정기 본체에서 발광된 빛을 이용하여 상기 측정기 본체의 가스측정부를 교정하기 위한 것으로서;
상기 측정기 본체의 발광부와 상기 프로브 사이에 개입 설치되는 통체로서, 상기 발광부로부터 조사되는 빛이 유입되는 제1윈도우가 마련되고 타측에는 상기 제1윈도우를 통과한 빛이 상기 프로브로 통과되도록 하는 제2윈도우가 마련되는 외부케이싱; 상기 제1윈도우를 통과하여 유입된 빛을 회귀 반사시키기 위해 상기 외부케이싱 내부에 설치되는 회귀반사체; 상기 제1윈도우를 통과하여 유입된 빛이 상기 제2윈도우를 통해 상기 프로브로 향할 수 있도록 상기 회귀반사체를 조작함으로써 상기 빛의 경로로부터 비켜나도록 하는 반사해제수단; 상기 외부 케이싱 내부에 표준가스를 공급하기 위한 표준가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인시츄 가스측정기의 자동교정장치에 의해 달성된다.
본 발명의 특징에 의하면, 상기 표준가스 공급부는;
상기 제1윈도우와 상기 회귀반사체 사이에 설치되는 통체로서, 상기 제1윈도우를 향한 방향으로 설치되는 제3윈도우와 상기 회귀반사체를 향한 방향으로 설치되는 제4윈도우가 설치되는 내부케이싱; 상기 외부케이싱 및 상기 내부케이싱을 관통하여 설치되는 가스유입관; 상기 내부케이싱 및 상기 외부케이싱을 관통하여 설치되는 가스배출관; 상기 가스유입관에 설치되는 것으로서 유입되는 표준가스를 가열하기 위한 가스히팅수단;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 가스히팅수단은 일단에는 상기 가스유입관이 연결되고 타단에는 가스공급관이 설치되는 히팅케이스; 상기 히팅케이스 내부에 설치되는 전열히터; 상기 히팅케이스 내부에 인입된 가스가 나선형태로 통과되면서 가열되도록 상기 히팅케이스 내부에 설치되는 나선체; 상기 히팅케이스를 통과하는 표준가스의 온도를 측정하기 위한 제1온도센서;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 회귀반사체는 코너큐브 프리즘일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 반사해제수단은 광경로의 직각 방향이 되도록 상기 외부케이싱에 설치되는 회전축을 포함하며; 상기 회귀반사체는 상기 회전축을 중심으로 회전운동이 가능하게끔 상기 회전축에 설치됨으로써; 상기 회귀반사체가 상기 회전축을 중심으로 회전할 경우 광경로로부터 비켜서게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면 상기 제1,2 윈도우는 상기 외부케이싱을 통과하는 광경로에 대하여 80°~ 87°의 각도로 경사지게 설치될 수 있다.
상기 반사해제수단은 광경로의 직각 방향으로 직선 왕복운동이 가능하도록 상기 외부케이싱에 설치되는 회귀반사체; 상기 회귀반사체를 직선 왕복운동시키기 위한 공압실린더와 같은 기동부를 포함함으로써; 상기 회귀반사체를 상기 외부케이싱 내부에서 직선 운동시킬 경우 광경로로부터 비켜서게 할 수 있다.
위와 같은 구성에 의하면 광경로를 변환시키지 않고서도 표준가스를 이용한 교정이 가능한 인시츄 가스측정기가 제공된다. 즉 광경로 변경에 따른 구성의 복잡성도 없고 광경로가 반사에 의해 왜곡되는 현상을 줄여줌으로써 안정적으로 정확한 측정값을 얻을 수 있는, 자동교정장치를 갖는 인시츄 가스측정기가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 인시츄 가스측정기의 자동교정장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 인시츄 가스측정기의 자동교정장치의 자동교정장치의 단면 구성도이다.
도 3(a)(b)은 본 발명의 다른 실시예에 의한 교정가 부착된 인시츄 가스측정기 중 반사해제수단의 사용상태의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 반사해제수단의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명이 적용되는 인시츄 가스측정기는 기본적으로 배출가스가 통과되는 덕트(D)의 벽체에 고정 설치되는 측정기 본체(2)와, 일단은 덕트(D)의 벽체를 관통하여 상기 측정기 본체(2)에 연결되고, 타단은 덕트(D)의 내부를 가로지르도록 연장되는 프로브(4)를 포함한다.
측정기 본체(2)는 덕트(D)의 내부를 향해 빛을 발광시키는 발광부(6)와, 입사되는 빛을 통해 덕트(D)를 통과하는 배출가스의 성분 특성을 측정하는 가스측정부(8)를 가진다.
프로브(4)는 발광부(6)에서 발광된 빛이 제2경로(W2)를 따라 덕트(D)의 내부 공간을 경유한 다음 측정기 본체(2)로 입사되도록 안내하는 것이다. 프로브(4)는 배출가스 통과홀(5)을 제공하며 빛을 반사하기 위한 반사경(7)을 가진다.
자동교정장치(10)는 측정기 본체(2)에서 발광된 빛을 이용하여 측정기 본체(2)의 가스측정부(8)를 교정한다. 본 발명의 특징은 이 자동교정장치(10)에 있으며 이하 자동교정장치(10)에 대하여 상세히 설명한다.
자동교정장치(10)는 외부케이싱(12), 회귀반사체(14), 반사해제수단 및 표준가스 공급부(16)를 포함한다.
외부케이싱(12)은 측정기 본체(2)의 발광부(6)와 프로브(4) 사이에 개입 설치되는 통체이다. 외부케이싱(12)의 일측에는 발광부(6)로부터 조사되는 빛이 유입되는 제1윈도우(20)가 설치되고 타측에는 제1윈도우(20)를 통과한 빛이 프로브(4)로 통과되도록 하는 제2윈도우(22)가 설치된다.
회귀반사체(14)는 제1윈도우(20)를 통과하여 유입된 빛을 회귀 반사시킴으로써 빛이 제1경로(W1)를 따라 가스측정부로 회귀되도록 하기 위해 외부케이싱(12) 내부에 설치된다. 다만 본 발명자는 회귀반사체(14)로서 코너큐브 프리즘을 추천한다. 거울은 기구적 부정확성에 의해 오류가 생길 가능성이 있기 때문이다.
도 2에는 코너큐브 프리즘인 회귀반사체(14)로 도시되어 있고, 도 3(a)(b)에는 서로 직각으로 설치된 1쌍의 거울(15)이 회귀반사체(14)로 도시되어 있다. 거울(15)은 각 회전축(13)을 중심으로 회전되면서 도 3(a)와 같이 직각이 되도록 모이거나, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 평행하게 벌려질 수 있다. 도 3(a)는 빛을 반사하는 상태로서 교정할 때의 상태이며 도 3(b)는 빛을 통과시키는 상태로서 실제 배출가스를 측정할 때의 상태를 나타낸다.
코너큐브 프리즘(corner-cube prism)이란 빛의 입사 방향에 의하지 않고 그 방향으로 빛을 반사시키기 위해서 사용되는 프리즘으로 공지사항이다.
본 발명의 특징에 의하면 자동교정장치(10)는 반사해제수단을 가진다. 반사해제수단은 제1윈도우(20)를 통과하여 유입된 빛이 제2윈도우(22)를 통해 프로브(4)로 향할 수 있도록 하는 것이다. 반사해제수단은 회전, 왕복 이동 또는 분해와 같은 방식으로 회귀반사체(14)를 조작하여 회귀반사체(14)로 하여금 빛의 경로로부터 비켜나도록 하는 것이다.
본 발명의 실시예에 의하면, 반사해제수단은 광경로의 직각 방향이 되도록 외부케이싱(12)에 설치되는 회전축(24)을 포함한다. 회전축(24)은 외부케이싱(12)의외부에 설치되는 핸들(미도시됨)에 의해 회전될 수 있다.
회귀반사체(14)는 회전축(24)을 중심으로 회전 운동이 가능하게끔 회전축(24)에 고정설치된다. 도시된 바에 의하면 회귀반사체(14)가 회전축(24)의 축중심으로 90°각도로 반시계 방향으로 회전하게 되면 일점쇄선으로 도시된 위치에 있게 되며, 이 상태에서는 빛이 회귀반사체(14)를 거치지 아니하고 통과되어 제2경로(W2)를 따르게 된다. 이 상태는 실제 사용상태로서 덕트(D)를 통과하는 배출가스를 분석하는 상태에 해당하게 된다.
빛의 경로로부터 회귀반사체(14)를 비켜나도록 하는 반사해제수단은 다양하게 안출될 수 있다. 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 회귀반사체(14)를 외부케이싱(12) 내부에서 직선운동시키기 위한 직선운동수단이 도입될 수도 있다.
이하, 도 4를 참조하여 설명한다.
회귀반사체(14)는 광경로의 직각 방향으로 직선 왕복운동이 가능하도록 상기 외부케이싱(12) 내부에 설치된다. 그리고 기동부는 회귀반사체를 직선 왕복운동시키기 위해 외부케이싱 외부에 설치된다. 기동부는 공압실린더(25), 전자석, 전동모터 등이 이용될 수 있다. 도시된 바에 의하면 공압실린더(25)가 사용되고 있다. 기동부가 화살표 방향으로, 즉 회귀반사체(14)를 외부케이싱(12) 내부에서 수직방향으로 직선 운동시킴으로써 광경로로부터 비켜서게 할 수 있다. 따라서 제1경로(W1)를 따르던 광은 도 2에서와 같이 제2경로(W2)를 따르게 될 것이다.
측정장치를 보정하는 경우, 회귀반사체(14)는 빛이 제1경로(W1)를 따라 진행하도록 하며, 표준가스 공급부(26)는 빛의 경로 상에 표준가스를 공급한다. 표준가스 공급부(26)는 외부케이싱(12) 내부에 표준가스를 공급한다.
표준가스 공급부(16)는 내부케이싱(28), 가스유입관(30), 가스배출관(32) 및 가스히팅수단을 포함한다. 내부케이싱(28)은 제1윈도우(20)와 회귀반사체(14) 사이에 설치되는 통체로서, 제1윈도우(20)를 향한 방향으로 설치되는 제3윈도우(34)와 회귀반사체(14)를 향한 방향으로 설치되는 제4윈도우(36)를 가진다. 가스유입관(30)이 외부케이싱(12) 및 내부케이싱(28)을 관통하여 설치된다. 가스배출관(32)이 내부케이싱(28) 및 외부케이싱(12)을 관통하여 설치된다. 배출가스를 측정하는 실제 상황에서는 가스유입관(30)과 가스배출관(32)은 미도시된 밸브에 의해 폐쇄될 수 있다. 그리고 이 상태에서 외부케이싱(12) 및 내부케이싱(28) 내부는 진공으로 유지되거나 또는 대기로 채워지도록 한다.
표준가스는 가스유입관(30)을 통해 내부케이싱(28)으로 공급되며 가스배출관(32)을 통해 외부로 빠져나가게 된다.
본 발명에 의하면 표준가스와 배출가스의 측정환경을 유사하게 맞춤으로써 보다 정확한 값을 얻기 위하여 가스히팅수단을 포함한다. 가스히팅수단은 가스유입관(30)에 설치되는 것으로서 유입되는 표준가스를 배출가스와 유사한 온도로 가열하기 위한 수단이다.
가스히팅수단은 가스유입관(30)에 개입되는 히팅케이스(38)와 히팅케이스(38) 내부에 설치되는 전열히터(40)를 포함한다. 히팅케이스(38)의 타단에는 가스공급관(41)이 연결된다. 그리고 유입된 표준가스의 흐름경로를 길게 하여 히팅케이스(38) 내부에서 충분한 열교환이 이루어지도록 하는 열교환수단이 마련되는데, 도시된 바에 의하면 나선체(42)가 열교환수단으로 기능한다. 즉 표준가스는 나선체(42)에 의해 만들어진 나선경로를 따라 히팅케이스(38)를 통과하면서 가열되는 것이다. 본 실시예에 의하면 나선체(38) 자체가 전열히터(40)로 작용하도록 하고 있다. 또는 전열히터가 나선체의 모양을 하고, 표준가스가 통과시 전열히터(40)의 접촉면을 확대시켜 단시간내에 가열작용의 효율성을 높이도록 할 수 있다. 또한 나선체(38)에 박판형 전열선을 접착시키는 등 다양한 방식으로 전열히터와 나선체를 일체화시킬 수 있겠다.
전열히터(40)를 제어하여 온도를 일정하게 유지시키기 위한 온도제어수단이 구비된다. 온도제어수단은 히팅케이스(38)를 통과하는 표준가스의 온도를 측정하기 위한 제1온도센서(44)를 포함할 수 있으며, 더 나아가 내부케이싱(28) 내부에 설치되는 제2온도센서(46)를 포함할 수 있다. 내부케이싱(28) 외주에는 표준가스의 온도가 유지되도록 보온패드(48) 또는 전열패드가 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 제1,2,3,4 윈도우(20,22,34,36)는 외부케이싱(12)을 통과하는 광경로에 대하여 80°~ 87°의 각도(A)로 경사지게 설치될 수 있다. 이는 반사에 의해 회귀되는 광잡음을 없애기 위한 방안이다.
표준가스로는 질소, 이산화황, 이산화질소, 일산화질소 또는 암모니아가 사용될 수 있으며 빛을 이용한 가스의 분석방법은 공지사항이므로 상세한 설명은 이를 생략한다.
이상에서 설명된 사항은 본 발명의 기술적 사상에 의거한 몇가지 예시에 불과하다. 당업자는 청구범위를 통해 표현되는 본 발명의 기술적 사상의 범위를 넘지 않는 정도에서 예시된 바를 활용하여 다양한 변형실시를 할 수 있을 것이다.
2 : 측정기 본체 4 : 프로브
6 : 발광부 8 : 가스측정부
10 : 자동교정장치 12 : 외부케이싱
14 : 회귀반사체 16 : 표준가스 공급부
20, 22, 34,36 : 제1,2,3,4 윈도우
24 : 회전축 25 :공압실린더
28 : 내부케이싱 30 : 가스유입관
32 : 가스배출관 38 : 히팅케이스
40 : 전열히터 41 : 가스공급관
42 : 나선체 44,46 : 제1,2온도센서
48 : 보온패드
D : 덕트

Claims (7)

  1. 배출가스가 통과되는 덕트(D)의 벽체에 고정 설치되는 것으로서 상기 덕트(D)의 내부를 향해 빛을 발광시키는 발광부(6)와, 입사되는 빛을 통해 상기 덕트(D)를 통과하는 배출가스를 측정하는 가스측정부(8)를 포함하는 측정기 본체(2); 일단은 상기 덕트(D)의 벽체를 관통하여 상기 측정기 본체(2)에 연결되고, 타단은 상기 덕트(D)의 내부를 가로지르도록 연장되는 것으로서, 상기 발광부(6)에서 발광된 빛이 상기 덕트(D)의 내부 공간을 경유한 다음 상기 측정기 본체(2)로 입사되도록 안내하는 프로브(4)를 포함하는 인시츄 가스측정기에 있어서;
    상기 측정기 본체(2)에서 발광된 빛을 이용하여 상기 가스측정부를 교정하기 위한 것으로서;
    상기 측정기 본체(2)의 발광부(6)와 상기 프로브(4) 사이에 개입 설치되는 통체로서, 상기 발광부(6)로부터 조사되는 빛이 유입되는 제1윈도우(20)가 마련되고 타측에는 상기 제1윈도우(20)를 통과한 빛이 상기 프로브(4)로 통과되도록 하는 제2윈도우(22)가 마련되는 외부케이싱(12);
    상기 제1윈도우(20)를 통과하여 유입된 빛을 회귀 반사시키기 위해 상기 외부케이싱(12) 내부에 설치되는 회귀반사체(14);
    상기 제1윈도우(20)를 통과하여 유입된 빛이 상기 제2윈도우(22)를 통해 상기 프로브(4)로 향할 수 있도록 상기 회귀반사체(14)를 조작함으로써 상기 빛의 경로로부터 비켜나도록 하는 반사해제수단;
    상기 외부케이싱(12) 내부에 표준가스를 공급하기 위한 표준가스 공급부(16)를 포함하되,
    상기 표준가스 공급부(16)는;
    상기 제1윈도우(20)와 상기 회귀반사체(14) 사이에 설치되는 통체로서, 상기 제1윈도우(20)를 향한 방향으로 제3윈도우(34)가 설치되며, 상기 회귀반사체(14)를 향한 방향으로 제4윈도우(36)가 설치되는 내부케이싱(28);
    상기 외부케이싱(12) 및 상기 내부케이싱(28)을 관통하여 설치되는 가스유입관(30);
    상기 내부케이싱(28) 및 상기 외부케이싱(12)을 관통하여 설치되는 가스배출관(32);
    상기 가스유입관(30)에 설치되는 것으로서 유입되는 표준가스를 가열하기 위한 가스히팅수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 인시츄 가스측정기의 자동교정장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스히팅수단은 일단에는 상기 가스유입관(30)이 연결되고 타단에는 가스공급관(41)이 설치되는 히팅케이스(38);
    상기 히팅케이스(38) 내부에 설치되는 전열히터(40); 상기 히팅케이스(38) 내부에 인입된 가스가 나선형태로 통과되면서 가열되도록 상기 히팅케이스(38) 내부에 설치되는 나선체(42);
    상기 히팅케이스(38)를 통과하는 표준가스의 온도를 측정하기 위한 제1온도센서(44);를 포함하는 것을 특징으로 하는 인시츄 가스측정기의 자동교정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회귀반사체(14)는 코너큐브 프리즘인 것을 특징으로 하는 인시츄 가스측정기의 자동교정장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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