KR20150050659A

KR20150050659A - 질소산화물 측정용 챔버

Info

Publication number: KR20150050659A
Application number: KR1020130129745A
Authority: KR
Inventors: 황병한; 허목; 정창호; 김희중; 박지은
Original assignee: (주)윈스테크; 한국중부발전(주)
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-05-11

Abstract

본 발명은 일정 대기 공간의 질소산화물(NOx) 농도 및 그 변화량을 측정하기 위한 질소산화물 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학발광법을 이용하여 일정 고농도의 오존(O3)과 일산화질소(NO)의 반응에 의해 생성된 빛을 곡률 챔버를 이용하여 빛의 손실 없이 검출하여 질소산화물의 정밀한 측정이 가능한 질소산화물 측정용 챔버에 관한 것이다.

Description

질소산화물 측정용 챔버{Chamber for NOx Gas Analyzer}

대기오염 측정 기술 중 질소산화물을 측정하기 위한 방법으로는 수분석법, 살츠만 자동측정법, 화학발광법 등이 있다. 이 중 질소산화물을 연속적으로 자동 측정하기 위한 방법으로 화학발광법이 실용화되어 널리 사용되고 있다.

화학발광이란 화학발광과정에서 반응물질을 여기 시키고 그것이 기저상태로 돌아갈 때 발광하는 현상을 말한다.

이때 반응하는 물질의 농도가 낮을 때는 그 발광강도가 물질의 농도에 비례하는 것이 알려져 있다. 따라서 발광강도를 측정하여 반응물질의 농도를 알 수 있다. 따라서 화학발광법을 이용한 질소산화물 측정 시 화학발광법으로서 발광되는 빛의 손실을 최소화 하는 것이 분석기기의 중요한 요소라고 할 수 있다.

화학발광법을 이용한 질소산화물 농도측정은 시료가스중의 일산화질소(NO)와 오존(O3)이 반응하여 이산화질소(NO2)를 생성할 때 발생하는 화학발광 강도가 일산화질소 농도와 비례관계에 있는 원리를 이용하여 시료 대기 중에 함유하는 일산화질소 농도를 연속 측정하는 것이다.

일산화질소와 오존과의 반응관계를 보면, 이산화질소(NO2)는 아래 식과 같이 오존이 있는 낮은 압력 상태에서 일산화질소가 산화될 때 형성되고, 활성화된(들뜬상태) 분자들이 바닥상태로 천이되면서 화학발광에 의한 파장 중 620nm의 빛을 선택 통과시킨다.

즉, 반응챔버에서 오존은 과잉상태를 유지함으로써 샘플내의 NO 농도는 방출된 광량의 측정에 의해 결정되는 것이다.

상기와 같은 화학발광법을 이용한 질소산화물 농도 측정 장비는 챔버 내에 일산화질소와 오존을 반응시키고 생성되는 빛의 세기를 측정하여 질소산화물의 농도를 측정하게 되는데 통상의 챔버는 내부에서 빛의 손실이 발생하고 내부면을 통해 빛의 일부가 흡수되어 정밀한 빛의 세기 측정이 어렵고, 이에 따라 정밀한 질소산화물 농도 측정이 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 외부에서 공급되는 일산화탄소 시료가스와 오존이 반응하여 빛을 생성하는 챔버에 있어서, 생성된 빛의 손실 없이 검출기(PM TUBE)에 전달될 수 있도록 내벽면이 곡률 형상으로 이루어진 질소산화물 측정용 챔버를 제공함에 있다.

특히 곡률 형상으로 이루어진 내벽면에는, 빛의 흡착 및 화학반응이 일어나지 않도록 금 코팅을 실시하여 최소 0.5ppb 이내의 질소산화물 검출한계를 가진 질소산화물 측정용 챔버를 제공함에 있다.

본 발명의 질소산화물 측정용 챔버는, 내부에 일산화탄소 및 오존이 유입되어 상기 일산화탄소 및 오존의 반응에 의해 빛이 생성되는 빛 생성공간이 형성되는 챔버; 상기 챔버의 일측에 소정거리 이격 배치되는 검출기에서 상기 빛의 광량 측정이 가능하도록 상기 챔버의 일측에 형성된 검출면; 상기 검출면에 대향되도록 상기 챔버의 타측에 배치되며, 내벽면에 상기 챔버 외측으로 볼록하게 형성되는 곡률을 포함하는 곡률면; 및 상기 내벽면에 구비되는 빛 반사수단; 을 포함한다.

또한, 상기 빛 반사수단은, 금 재질이 상기 곡률면의 내벽면에 코팅되어 이루어지거나, 다른 실시 예로, 상기 빛 반사수단은, 상기 곡률면의 내벽면에 구비되는 거울로 이루어진다.

또한, 상기 챔버의 빛 생성공간은, 상기 일산화탄소와 오존이 반응하여 빛이 생성되는 화학발광점을 포함하며, 상기 화학발광점에서 상기 곡률면의 내벽면까지의 거리는, 상기 곡률면의 곡률반경에 대응된다.

또한, 상기 챔버는, 일단으로 상기 일산화탄소를 유입 받아 상기 화학발광점으로 일산화탄소를 공급하는 제1 공급관; 및 일단으로 상기 오존을 유입 받아 상기 화학발광점으로 오존을 공급하는 제2 공급관; 을 포함한다.

아울러, 상기 검출면은, 투명 재질 또는, 적외선 투과를 증가시키고 청색광을 제거하기 위한 레드필터로 된다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 질소산화물 측정용 챔버를 질소산화물 측정 장치에 적용할 경우, 대기오염 성분 중 질소산화물의 측정 결과 치에서 직선성, 재현성, 제로변화율, 스팬 변화율, 응답시간 등 이 현저하게 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 챔버 사시도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 챔버 단면도
도 3은 도 2의 곡률면 확대도

본 발명의 질소산화물 측정용 챔버는 내부에 일산화탄소 및 오존이 유입되는 공간이 형성되며, 일산화탄소와 오존이 반응하여 생성되는 빛의 손실을 최소화 하여 챔버에 근접 배치되는 검출기에 전달함으로써, 챔버 내부에서 생성된 빛의 광량을 검출기에 오차 없이 전달하도록 하여 대기 중의 질소산화물을 정밀하게 측정할 수 있는 질소산화물 측정기를 구현함에 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일실시 예에 따른 질소산화물 측정용 챔버(100)의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일실시 예에 따른 질소산화물 측정용 챔버(100)의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 챔버(100)는, 내부에 빛 생성 공간(A)이 형성되고, 빛 생성공간(A)에 유입되는 일산화탄소와 오존이 반응하여 생성되는 빛의 광량을 검출부(200)에 오차 없이 전달하도록 함에 그 특징이 있다. 따라서 검출부(200)는 챔버(100)의 일측에 소정거리 이격 배치되며, 빛의 광량을 감지할 수 있는 PMT(Photo multiplier Tube)로 되는 검출기(210)와, 검출기(210)를 통해 측정된 광량을 측정기에 전달하는, 신호라인(220)을 포함하여 이루어진다.

챔버(100)는 몸체(110)와 검출챔버(120)로 구성된다. 몸체(110)는 직육면체의 함체 상으로 이루어지며, 상면에 일산화탄소가 유입되는 제1 유입구(111)와 오존이 유입되는 제2 유입구(112)가 형성된다. 또한, 몸체(110)의 일면에는 검출챔버(120)에서 반응된 일산화탄소 및 오존을 회수하는 유출구(113)가 형성될 수 있다.

검출챔버(120)는 몸체(110)의 일측에 형성되며, 원통형으로 내부에 일산화탄소 및 오존이 반응하는 빛 생성공간(A)이 형성된다. 검출챔버(120)의 타측에는 곡률면(121)이 형성되고, 일측에는 검출면(122)이 형성된다. 검출면(122)은 투명하게 형성될 수도 있고, 검출기(210)의 빛 감지 효율을 높이기 위해 적외선 투과를 증가시키고, 청색광을 제거하는 레드필터(red filter)로 구성될 수도 있다. 곡률면(121)은 빛 생성공간(A)에서 발생되는 빛의 손실을 최소화하기 위한 구성으로 내벽면(121a, 도 3 참조)이 검출챔버(120) 외측으로 소정의 곡률을 갖도록 볼록하게 형성될 수 있다. 내벽면(121a)에는, 빛의 흡착 및 화학반응이 일어나지 않도록 빛 반사 수단(125)이 구비되며, 바람직한 실시 예로 빛 반사 수단(125)은 거울 재질로 이루어질 수 있다. 더욱 바람직한 실시 예로, 빛 반사 수단(125)은 금(gold) 재질을 내벽면(121a)에 코팅하여 이루어질 수 있다.

도 3에는 본 발명의 일실시 예에 따른 곡률면의 확대단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 곡률면(121)의 내벽면(121a)을 통한 빛의 흡착 및 화학반응을 최소화하기 위해 빛 생성공간(A) 상에는 일산화탄소와 오존이 반응하여 빛이 생성되는 화학발광점(P)이 존재한다.

화학발광점(P)은 화학발광점(P)에서 내벽면(121a)까지의 거리가 곡률면(121)의 곡률반경에 대응되도록 배치될 수 있다.

따라서 일산화탄소와 오존을 화학발광점(P)에 공급하기 위해 몸체(110) 상에는 일단이 제1 유입구(111)에 연통되어 일산화탄소를 공급받아 타단이 화학발광점(P)에 인접 배치되어 일산화탄소를 화학발광점(P)에 공급하는 제1 공급관(114) 및 일단이 제2 유입구(112)에 연통되어 오존을 공급받아 타단이 화학발광점(P)에 인접 배치되어 오존을 화학발광점(P)에 공급하는 제2 공급관(115)을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100 : 챔버
110 : 몸체 111 : 제1 유입구
112 : 제2 유입구 113 : 유출구
114 : 제1 공급관 115 : 제2 공급관
120 : 검출챔버 121 : 곡률면
122 : 검출면 125 : 빛 반사수단
200 : 검출부
210 : 검출기
220 : 신호라인
P : 화학발광점 A : 빛 생성공간

Claims

내부에 일산화탄소 및 오존이 유입되어 상기 일산화탄소 및 오존의 반응에 의해 빛이 생성되는 빛 생성공간이 형성되는 챔버;
상기 챔버의 일측에 소정거리 이격 배치되는 검출기에서 상기 빛의 광량 측정이 가능하도록 상기 챔버의 일측에 형성된 검출면;
상기 검출면에 대향되도록 상기 챔버의 타측에 배치되며, 내벽면에 상기 챔버 외측으로 볼록하게 형성되는 곡률을 포함하는 곡률면; 및
상기 내벽면에 구비되는 빛 반사수단;
을 포함하는, 질소산화물 측정용 챔버.
제 1항에 있어서,
상기 빛 반사수단은,
금 재질이 상기 곡률면의 내벽면에 코팅되어 이루어지는, 질소산화물 측정용 챔버.
제 1항에 있어서,
상기 빛 반사수단은,
상기 곡률면의 내벽면에 구비되는 거울로 이루어지는, 질소산화물 측정용 챔버.
제 1항에 있어서,
상기 챔버의 빛 생성공간은,
상기 일산화탄소와 오존이 반응하여 빛이 생성되는 화학발광점을 포함하며, 상기 화학발광점에서 상기 곡률면의 내벽면까지의 거리는, 상기 곡률면의 곡률반경에 대응되는, 질소산화물 측정용 챔버.
제 4항에 있어서,
상기 챔버는,
일단으로 상기 일산화탄소를 유입 받아 상기 화학발광점으로 일산화탄소를 공급하는 제1 공급관; 및
일단으로 상기 오존을 유입 받아 상기 화학발광점으로 오존을 공급하는 제2 공급관;
을 포함하는, 질소산화물 측정용 챔버.
제 1항에 있어서,
상기 검출면은,
투명 재질 또는, 적외선 투과를 증가시키고 청색광을 제거하기 위한 레드필터로 되는, 질소산화물 측정용 챔버.