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WO2023219469A1 - 먼지측정기 - Google Patents

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Publication number
WO2023219469A1
WO2023219469A1 PCT/KR2023/006501 KR2023006501W WO2023219469A1 WO 2023219469 A1 WO2023219469 A1 WO 2023219469A1 KR 2023006501 W KR2023006501 W KR 2023006501W WO 2023219469 A1 WO2023219469 A1 WO 2023219469A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air
optical path
purge
dust
reflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2023/006501
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English (en)
French (fr)
Inventor
연규철
김기범
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongwoo Optron Co Ltd
Original Assignee
Dongwoo Optron Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongwoo Optron Co Ltd filed Critical Dongwoo Optron Co Ltd
Publication of WO2023219469A1 publication Critical patent/WO2023219469A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids

Definitions

  • the present invention relates to an in-situ type dust meter of the light transmission type that transmits laser light inside the chimney, measures the amount of incident light, and converts it into dust concentration. More specifically, it relates to an optical path of the reflector - air tank.
  • the length of the furnace By setting the length of the furnace to be longer than the diameter, the flow of ejected purge air forms a laminar flow when it reaches the measurement area, preventing dust (particulates) from entering and accumulating in the optical path passage and preventing interference with measurement on the optical path. It is about a dust measuring device designed to increase the measurement efficiency and reliability of the device.
  • an in-situ type dust detector is inserted and installed by drilling a hole in an industrial stack duct (chimney, hereinafter referred to as a 'chimney').
  • a 'chimney' an industrial stack duct
  • combustion including dust emitted through the chimney is carried out.
  • This is a device that measures and analyzes the dust concentration in the exhaust gas discharged to the outside through the chimney in real time on site by installing a part of the dust meter exposed to the exhaust gas flow.
  • the most accurate conventional in-situ type dust meter is to measure the combustion exhaust gas (G) inside the chimney (4) where the flow is formed.
  • a probe (20) in the form of a circular pipe with an optical path is installed to penetrate the wall of the chimney (4) and be directly inserted into the interior.
  • the dust concentration is measured using a light transmission method.
  • a high-efficiency laser diode with a red visible light range wavelength of 645nm - 660nm is used as a light source, and the laser light is transmitted through the measurement area (R) to the measurement detector.
  • the amount of light incident on the (Measuring detector) is measured and converted into dust concentration.
  • a monitor detector that does not pass through the chimney, or measurement section, is installed inside the main body of the measuring instrument (10 to check the light source's own light amount in real time and apply the variation of the light source to the received light amount to reduce measurement error.
  • a conventional dust detector is equipped with various optical device parts including a light source and a sensing means in the main body 10, and is connected to one side of the main body 10 to measure the wall of the chimney 4. It is provided with a probe (20) in the form of a circular pipe that is installed penetratingly.
  • the probe 20 reflects the entry pipe portion 21 inserted through the wall inside the chimney, the reflector portion 22 including a reflector 22a that reflects light, and the entry pipe portion 21. It has a structure including an air pipe portion (23) that supports the neck portion (22) and divides the measurement area (R) for measuring dust in the chimney.
  • This air pipe portion 23 opens the optical path between the entry pipe portion 21 and the reflector portion 22 so that combustion exhaust gas (including particulate dust) (G) can pass through, and this portion is opened in the measurement area (R). ) applies the open path method.
  • the measurement area (R) corresponds to the length (H3) of the air pipe portion (23), which is the length from the end (a) of the entry pipe portion (21) to the end (b) of the reflector portion (22). It applies.
  • combustion exhaust gas including dust within the measurement area must not come into direct contact with the optical path formed at the end (a) of the entry tube portion (21) and the end (b) of the reflector portion (22).
  • Combustion exhaust gas may be in direct contact with the inside of the optical path passage of the end (a) of the entry pipe portion (21) and the end (b) of the reflector portion (22), which does not have a separate glass window to prevent dust intrusion.
  • particulate dust contained in the combustion exhaust gas invades the optical path, and such dust eventually accumulates on the optical path and acts as a factor that interferes with the measurement of the device. This becomes a factor that reduces the measurement efficiency and reliability of the dust detector.
  • Reynolds number is a dimensionless number used to predict fluid flow as the ratio of the force due to inertia and the force due to viscosity.
  • the fluid When the Reynolds number is low, the fluid shows a laminar flow, and when the Reynolds number is high, it shows a turbulent flow phenomenon.
  • the critical Reynolds number In the case of water pipe flow, such as the flow in a normal circular pipe, the critical Reynolds number is about 2,100, which is laminar flow. If the Reynolds number is between about 2,900 and 4,000, it is considered a transition region where the nature of the flow cannot be accurately stated, and if it is over about 4,000, it is called turbulent flow. .
  • a high Reynolds number means that the inertial force of the fluid is higher than the viscous force.
  • fluid e.g., air
  • a turbulent flow is formed, and as it flows along the length of the pipe, it passes through the transition area and forms a stable laminar flow.
  • the fluid that passes through the hole and flows into the pipe hits a blockage in the direction of the ejected flow, creating a whirlpool-like flow when the pressure is maintained.
  • a conventional dust measuring device is as follows.
  • the conventional dust meter prevents dust from entering the interior through the open optical path formed at the end (a) of the entry pipe portion 21 and the end (b) of the reflector portion 22 and from accumulating on the end side.
  • purge air supplied from the air pump device 3 is forced into the probe 20 at a set pressure, and the end (a) of the entry pipe portion 21 and the end of the reflector portion 22 ( As the purge air is ejected according to the flow on the optical path formed at b), it prevents the particulate dust contained in the combustion exhaust gas from accumulating or flowing into the optical path formed at the ends (a, b) ( Figure 2b).
  • the purge air forcibly supplied from the air pump device 3 travels through the optical path passage formed inside the entry pipe unit 21 as an air passage to open the optical path at the end (a). It is ejected into the chimney (4) through the passage, and the reflector portion (22) forces the purge air supplied from the air pump device (3) to move through the entry pipe portion (21) and the air pipe portion (23) connected thereto. It enters the inside of the reflector unit 22 and has a structure in which purge air is ejected by pressure on the optical path where the reflector 22a is located through the purge hole 22b formed inside the reflector unit 22.
  • the entry pipe part 21 installed while penetrating the wall inside the chimney is manufactured to have a certain length depending on the size of the chimney. Since the length (H1) must penetrate the wall of the chimney and extend to a point where measurement is possible. It is bound to have a length (H1) much longer than the diameter of the optical path formed at the end (a).
  • the purge air is incident vertically on the optical path, which is an air passage, at the inlet side, forming turbulent flow, but the length in the longitudinal direction is much longer than the optical path diameter of the ejected end (a), making it a sufficient length (Figure 1, H1) to form a laminar flow according to the flow. Accordingly, the purge air discharged from the open optical path passage at the end (a) of the entry pipe portion 21 to the measurement area (R) forms a laminar flow without being caught, and dust comes into contact with the optical path passage at the end (a). Inflow can be blocked.
  • the purge air stably forms a laminar flow as it passes through the optical path passage of the entry pipe part 21, and as it passes over the end of the optical path passage and flows into the measurement area (R), dust flows into the optical path passage side. It can be completely blocked.
  • the pressure of the purge air discharged through the optical path passage at the end (a) is equal to or greater than the pressure of the combustion exhaust gas (G) discharged within the chimney, particulate dust is transmitted to the optical path at the end (a) of the entry pipe portion (21). There is no possibility of it flowing into the passage (air passage).
  • the reflector unit 22 constituting the dust measuring device allows the purge air forced in through the air pipe unit 23 to pass perpendicularly to the optical path through the purge hole 22b. It flows in and is ejected, and at the entrance to the purge hole 22b, a turbulent flow is formed due to the inertial and viscous forces of the purge air.
  • the ejected purge air collides with the reflector 22a, which is installed in the longitudinal direction and cannot help but block the air flow to one side, and if the pressure is stable, a vortex-like effect occurs near the reflector 22a where the collision occurs with the purge air. flow may occur.
  • the purge air sweeps the surface of the reflector 22a to prevent the inflow of dust to some extent, but since the length of the optical path is very short, it flows directly on the open optical path to the measurement area (R). is discharged.
  • the reflector portion 22 of the conventional dust measuring instrument is the path length (L) for the purge air to go out to the measurement area (R) for the diameter (D) of the optical path that is the air path - the end from the extreme end of the purge hole.
  • the length-to-length ratio (b) is short, less than 1.0, and the purge hole 22b forms a single hole, the ejected purge air does not have room to form a laminar flow and forms turbulent and vortex flows.
  • a structure that can block particulate dust from entering through the open optical path formed at the end of the probe while efficiently utilizing the pressure of purge air (minimizing pump capacity), especially including a reflector a structure that can block particulate dust from entering through the open optical path formed at the end of the probe while efficiently utilizing the pressure of purge air (minimizing pump capacity), especially including a reflector.
  • the present invention was developed to solve the above-mentioned problems.
  • the optical path-air path length of the reflector unit By setting the optical path-air path length of the reflector unit to be longer than the diameter, the flow of ejected purge air forms a laminar flow when it reaches the measurement area, thereby preventing dust (dust) in the optical path path.
  • the purpose is to provide a dust measuring device that prevents interference with measurement in the optical path by blocking the inflow and accumulation of particles and increases the measurement efficiency and reliability of the device.
  • a dust measuring device includes a main body including a light source; It is connected to the main body and receives purge air internally through an air pump device, and has an entry pipe portion having an optical path-air passage, a reflector inside, and an optical path-air passage on a concentric axis with the entry pipe portion.
  • a probe consisting of a reflector portion and an air pipe portion that connects and supports the end of the entry pipe portion and the end of the reflector portion to form an air passage and opens the optical path into the chimney to form a measurement area.
  • the reflector portion of the present invention has a diameter equal to the end side diameter of the optical path-air passage of the entry pipe portion, a reflector is placed inside, and a barrel body is formed through a plurality of purge holes at a position close to the reflector. ; It surrounds the barrel body while forming an internal space, and includes an outer cylinder body formed to communicate with the air passage of the air pipe part and the internal space.
  • the ratio of the passage length from the end of the purge hole closest to the measurement area to the light path-air passage diameter is 1.0 or more, and the purge holes are plural at intervals and are identical along the outer peripheral surface of the barrel body. It is arranged in a line at intervals and is characterized by being formed in two or more rows.
  • the reflector unit is characterized in that the pressure of purge air ejected into the optical path-air passage through the purge hole is equal to or greater than the pressure of the combustion exhaust gas flow discharged through the chimney.
  • the purge holes are preferably arranged so that the purge holes forming one row are staggered from the purge holes forming an adjacent row.
  • the purge holes are characterized in that the sum of the cross-sectional areas of the total number is equal to the cross-sectional area of the optical path-air passage diameter.
  • the entry pipe portion has a long double pipe shape.
  • the entry pipe part includes an outer cylinder connected to the main body and having a flange supported on the chimney wall while forming an air inlet connected to an air pump device on one side; It is disposed on the inside while forming an outer cylinder and an air passage, and includes an inner cylinder that forms a light path-air passage at the inner center while forming a plurality of purge holes in communication with the air inlet through the outer circumference.
  • the dust measuring device sets the optical path-air path length of the reflector part to be longer than the diameter, so that the flow of ejected purge air forms a laminar flow when it reaches the measurement area, thereby preventing dust (particles) from forming in the optical path path.
  • the dust measuring device sets the optical path-air path length of the reflector part to be longer than the diameter, so that the flow of ejected purge air forms a laminar flow when it reaches the measurement area, thereby preventing dust (particles) from forming in the optical path path.
  • Figure 1 is a schematic diagram showing the installed state of an in-situ type dust meter.
  • Figure 2(a)(b) is a schematic diagram showing the state of measurement using the light transmission method of the dust measuring device according to Figure 1 and the state of preventing dust intrusion using purge air.
  • Figure 3(a) is a schematic diagram showing the state of fluid (air) passing through a conduit in a circular pipe.
  • FIG. 3(b) is a schematic diagram showing a state in which dust infiltrates and accumulates on the optical path in the reflector portion of the dust measuring device according to FIG. 1.
  • Figure 4 is a schematic perspective view showing a dust meter according to the present invention.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing the dust meter according to Figure 4 cut in the longitudinal direction.
  • Figure 6 is a schematic diagram showing an enlarged reflector portion of the dust meter according to Figure 5.
  • Figure 7 is a schematic diagram for explaining the flow of purge air appearing in the reflector portion of the dust meter according to Figure 5.
  • the longitudinal direction is assumed to indicate the horizontal direction when the dust meter is installed in the chimney.
  • the dust meter 1 is an in-situ type light transmission type that measures the amount of incident light and converts it into dust concentration.
  • the biggest feature is that it blocks dust (particles) from entering and accumulating in the furnace passage.
  • the dust measuring instrument (1) of the present invention sets the optical path-air path length (L1) of the reflector unit (220) to be longer than the diameter (D1), so that the flow of ejected purge air is measured in the measurement area (R). At this point, it has a structure that forms a laminar flow.
  • the dust measuring instrument 1 of the present invention is largely composed of a main body 100 and a probe 200.
  • the main body 100 includes a light source, which is the same structure as that applied to a conventional in-situ type dust meter, and a detailed description of its structure and function does not obscure the gist of the present invention. In order not to do this, we will omit it.
  • the probe 200 has a structure largely including an entry tube portion 210, a reflector portion 220, and an air tube portion 230.
  • the entry pipe portion 210 is connected to the main body portion 100, receives purge air (air) internally through the air pump device 3, and has an optical path-air passage LP1.
  • the entry pipe portion 210 has a double pipe structure in the form of a circular pipe having a length, and is connected to one side of the main body portion 100, forming an air inlet portion 214 connected to the air pump device 3 on one side.
  • An outer cylinder (212) having a flange (213) supported on the chimney (4) wall; It is disposed inside while forming the outer cylinder 212 and the air passage 212a, and forms a plurality of purge holes 211a communicating with the air inlet 214, forming an optical path-air passage LP1 at the inner center. It has a structure including an inner cylinder (211).
  • a plurality of purge holes 211a of the entry pipe part 210 are formed along the outer peripheral surface of the inner cylinder 211 with the same size and shape.
  • the number and size of the purge holes 211a can be determined using a dust meter. It can be determined based on the size of the chimney or the pressure and flow rate of combustion exhaust gas (G) discharged through the chimney.
  • each purge hole (211a) can blow out purge air uniformly toward the optical path-air path (LP1). It is desirable to have it.
  • the combustion exhaust gas having a flow in the chimney Ensure that the pressure is equal to or higher than the pressure in (G).
  • the reflector unit 220 is provided with a reflector 223 for measurement inside and has an optical path-air passage LP2 on a concentric axis with the entry tube unit 210.
  • the reflector unit 220 constituting the dust measuring instrument 1 of the present invention in one embodiment, includes an optical barrel body 221 having an optical path-air passage LP2, and an air It has a structure of an external cylinder 222 in communication with the air passage 231 of the pipe portion 230.
  • the barrel body 221 has a diameter (D1) that is the same as the diameter (D11 in FIG. 5) at the end (a) side of the optical path-air passage (LP1) of the entry pipe portion 210, and the measurement is performed therein.
  • the reflector 223 is disposed to be supported by a fixture 224 - a spring or an elastic supporter - and a plurality of purge holes P are formed through it at a position close to the reflector 223.
  • a plurality of the above-mentioned purge holes (P) are spaced apart and are arranged at intervals along the same line along the outer peripheral surface of the barrel body 221, and are formed in two or more rows in the longitudinal direction of the barrel body 221. do.
  • each purge hole (P) can blow out purge air uniformly toward the optical path-air path (LP2). It is desirable to have it.
  • the purge holes (P) are formed in three rows, and are shown in rows P1, P2, and P3 starting from positions close to the measurement area (see Figure 6).
  • the purge holes P are preferably arranged in a position where the purge holes forming one row are staggered from the purge holes forming an adjacent row.
  • the purge air forced through the purge hole (P: P1, P2, P3) is discharged from the end (b) to the measurement area (R) along the light path-air passage (LP2), it is inside the chimney. Ensure that the pressure is equal to or higher than that of the combustion exhaust gas (G) having a flow.
  • the purge air forcefully introduced through the purge holes (P: P1, P2, P3) formed in this way is ejected into the optical path-air passage (LP2) inside the barrel body 221, from the purge holes in each neighboring row.
  • LP2 optical path-air passage
  • the barrel body 221 of the reflector unit 220 is located at the end (the end) of the purge hole (P) closest to the measurement area (R) for the optical path-air passage diameter (D1).
  • the biggest characteristic is that the ratio of the optical path-air path length (L1) formed from ) to the end (b) is 1.0 or more (L1/D1 ⁇ 1.0).
  • the ratio of the optical path-air path length (L1) formed from the end (most end) of the purge hole (P) closest to the measurement area (R) to the end (b) to the optical path-air path diameter (D1) is 1.0. If it is less than that, as found in the dust measuring device according to the prior art, the light path-air path length (L1) is too short and the purge air is discharged to the measurement area (R) in a turbulent state without forming a laminar flow.
  • the ratio is a short passage length (L1) less than 1.0
  • the turbulent flow of purge air meets the flow of combustion exhaust gas (G) passing through the measurement area (R) in the chimney, forming irregular turbulence and vortices.
  • dust (Ch) may accumulate at points “A” and “B” on the optical path of the short reflector portion 22 due to such turbulent, eddy, and whirlpool-like flows (see FIG. 3B).
  • the purge hole (P) is closest to the measurement area (R) for the optical path-air passage diameter (D1). It is most desirable that the ratio of the optical path to the air path length (L1) formed from the end (most end) to the end (b) is always 1.0 or more.
  • the final optical path-air path length (L1) can be changed depending on the pressure and flow rate of the combustion exhaust gas flow in the chimney and the pressure of the purge air flowing into the optical path-air path.
  • the outer cylinder 222 of the reflector portion 220 is shaped to surround the barrel body 221 while forming an interior space (S), and forms the air passage 231 of the air pipe portion 230 and the interior space (S). is formed in a continuous manner.
  • the purge air forced into the internal space (S) is ejected into the optical path-air passage (LP2) through the purge holes (P: P1, P2, P3) described above.
  • the dust measuring device 1 has a purge hole P closest to the measurement area R for the optical path-air path diameter D1 in the reflector unit 220.
  • the ratio of the optical path to the air path length (L1) from the end (most end) to the end (b) must be 1.0 or more, and the amount of purge air forced in through the purge holes (P: P1, P2, P3) must be evenly distributed. You have to let it out.
  • the sum of the cross-sectional areas of the total number of purge holes (P: P1, P2, P3) is the optical path - It is characterized by being equal to the cross-sectional area of the air passage diameter (D1).
  • the purge air ejected from each purge hole is evenly dispersed and ejected, and changes from turbulent flow to laminar flow through the transition area on the optical path-air passage (LP2). Stable laminar flow can be formed by minimizing flow changes in length.
  • the air tube portion 230 of the probe 200 constituting the dust measuring instrument 1 according to the present invention has an end (a) of the entry tube portion 210 and an end (b) of the reflector portion 220. ) is connected and supported to form an optical path in the form of a pipe forming an air passage 231, thereby forming a measurement area (R) by opening the optical path within the chimney (4).
  • the air pipe portion 230 consists of four pipes arranged in a circle at equal intervals.
  • the air pipe section 230 in which four pipes are arranged in a circle with spacing from each other, can not only stably support the entry pipe section 210 and the reflector section 220, but also has an open shape on all sides between the pipes in the longitudinal direction.
  • dust in the optical path can be exposed regardless of the direction of the exhaust flow due to turbulent flow due to changes in pressure and flow rate within the chimney. .
  • the conventional dust meter which only formed an open section at the top and bottom, was bound to have an error in measurement if the combustion exhaust gas (G) flowed left or right instead of up and down, but the dust meter according to the present invention ( 1) Measures without being affected by the flow direction of combustion exhaust gas (G) in the chimney as the four pipe-shaped air pipe parts 230 that make up the probe 200 form a measurement area (R) on the optical path. This can increase the measurement efficiency and reliability of the device.
  • the purge air flow and usage state of the dust meter 1 according to the present invention are as follows.
  • the process and flow of measuring dust concentration using a light transmission method are already known, and description thereof will be omitted below in order to not obscure the gist of the present invention.
  • the dust meter 1 is an in-situ type of light transmission type that measures the amount of incident light and converts it into dust concentration, so that dust (particles) flows into the optical path. Its main characteristic is to block accumulation of water, and it has a composition and structure for this purpose.
  • air from the air pump device (3) is used, and purge air of a set pressure delivered from the air pump device (3) is forced into the air inlet 214 of the probe 200. do.
  • a portion of the introduced purge air has a flow that moves toward the end (a) through the purge hole (211a) of the entry pipe portion (210) and along the optical path-air passage (LP1).
  • the length of the optical path-air passage (LP1) of the entry pipe portion 210 is sufficiently longer than the diameter (D11 in FIG. 5) of the end (a) side of the optical path-air passage (LP1).
  • the purge air passes through the air passage (LP1), it is discharged to the end (a) while stably forming a laminar flow.
  • the purge air flowing in through the purge hole (211a) forms turbulence near the purge hole (211a) as it is incident perpendicular to the longitudinal direction, but the length of the light path-air path (LP1) is long, so the transition area is When it is finally discharged, a stable laminar flow is formed.
  • the purge air that forms a laminar flow flows over the optical path-air path (LP1) at the end (a) and flows into the measurement area (R), completely blocking the inflow of dust into the optical path-air path (LP1). You can.
  • the internal space (S) can be divided into a passage internal space (S1) formed on the optical path-air passage (LP2) side and a compressed internal space (S2) formed on the reflector 223 side.
  • the internal space (S1) The purge air flowing into S) passes through the passage inner space (S1), some of it is ejected onto the light path-air passage (LP2) through the purge hole (P), and the other part passes through the passage inner space (S1). Enters the compressed internal space (S2). Since the compressed internal space (S2) is blocked, the purge air stays in the compressed internal space (S2) for a while and is compressed, then moves strongly toward the purge hole (P) again and is ejected onto the optical path-air path (LP2).
  • the purge air inertially forms turbulence.
  • the purge holes (P) are composed of two or more rows, the purge air emitted from each purge hole (P1, P2, and P3) interacts with each other to sweep and clean the reflector 223.
  • the ratio of the passage length (L1) formed from the end of the purge hole (P) closest to the measurement area (R) to the end (b) to the optical path-air passage diameter (D1) is 1.0 or more, and the optical path-air passage diameter (D1) is 1.0 or more. As it passes through the air passage (LP2), it crosses the purge air transition area and forms a stable laminar flow when it is finally discharged.
  • the purge air that forms a laminar flow flows over the optical path-air path (LP2) at the end (b) and flows into the measurement area (R), completely blocking the inflow of dust into the optical path-air path (LP2).
  • the dust measuring instrument (1) sets the optical path-air path length to be longer than the diameter, so that the flow of ejected purge air forms a laminar flow when it reaches the measurement area (R), thereby maintaining the optical path.

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Abstract

본 발명은 굴뚝 내부에 레이저 광을 투과시키고 입사되는 광량을 측정하여 먼지 농도로 환산하는 광투과 방식의 인시츄(In-Situ) 타입 먼지측정기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반사경부의 광경로-공기통로 길이를 직경 대비 보다 길게 설정하여 분출되는 퍼지에어의 흐름이 측정영역에 이르러서는 층류를 이루게 함으로 광경로에 먼지(입자상)가 유입되고 쌓이는 것을 차단하여 광경로상 측정 방해요인을 미연에 방지하고 장치의 측정효율 및 신뢰도를 높일 수 있도록 이루어진 먼지측정기에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 광경로-공기통로 직경에 대한 통로 길이의 비가 1.0 이상이고, 퍼지홀을 복수개로 2열 이상 형성한다.

Description

먼지측정기
본 발명은 굴뚝 내부에 레이저 광을 투과시키고 입사되는 광량을 측정하여 먼지 농도로 환산하는 광투과 방식의 인시츄(In-Situ) 타입 먼지측정기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반사경부의 광경로-공기통로 길이를 직경 대비 보다 길게 설정하여 분출되는 퍼지에어의 흐름이 측정영역에 이르러서는 층류를 이루게 함으로 광경로 통로에 먼지(입자상)가 유입되고 쌓이는 것을 차단하여 광경로상 측정 방해요인을 미연에 방지하고 장치의 측정효율 및 신뢰도를 높일 수 있도록 이루어진 먼지측정기에 관한 것이다.
일반적으로 인시츄(In-Situ) 타입의 먼지측정기는 산업용 스택 덕트(stack duct, 굴뚝, 이하'굴뚝'이라 함)에 홀을 뚫고 삽입-설치되는데, 연소시 굴뚝을 통해 배출되는 먼지를 포함한 연소배출가스의 흐름 속에 먼지측정기의 일부분을 노출되게 설치함으로 굴뚝을 통해 외부로 배출되는 배출가스 내 먼지 농도를 현장에서 실시간으로 측정하고 분석하는 장치이다.
도 1 내지 도 2(a)(b)를 참조하면, 종래의 이러한 인시츄 타입의 먼지측정기는 연소배출가스(G)의 흐름이 형성되는 굴뚝(4) 내부에서 이를 측정하는 것이 가장 정확한 바, 인시츄 먼지측정기를 구성하는 요소 중 광경로를 가지는 원형 파이프 형태의 프로브(probe)(20)를 굴뚝(4) 벽체를 관통하면서 내부에 직접 삽입되게 설치한다.
그리고, 광투과 방식을 이용하여 먼지 농도를 측정하는데, 통상 645nm - 660nm의 적색 가시광 영역 파장을 지닌 고효율 레이저 다이오드(Laser Diode)를 광원으로 사용하여 측정영역(R)으로 레이저 광을 투과시켜 측정 디텍터(Measuring detector)에 입사되는 광량을 측정하여 이를 먼지농도로 환산한다.
측정기 본체부(10) 내부에는 굴뚝, 즉 측정 구간을 통과하지 않는 모니터 디텍터(Monitor detector)를 두어 광원의 자체 광량을 실시간으로 확인하여, 광원의 변동분을 수신 광량에 적용하여 측정오차를 줄여준다.
이를 위한 구체적인 일 실시예로, 종래의 먼지측정기는 본체부(10)에 광원 및 감지수단을 포함한 각종 광학 기기 부품들을 구비하고, 본체부(10)의 일측에 연결되어 굴뚝(4)의 벽체를 관통하게 설치되는 원형 파이프 형태의 프로브(probe)(20)를 구비한다.
이때, 프로브(20)는 굴뚝 내부에 벽체를 관통하여 삽입 설치되는 진입관부(21)와, 광을 반사하는 반사경(22a)을 내부에 포함한 반사경부(22) 및, 진입관부(21)와 반사경부(22)를 지지하면서 굴뚝 내 먼지를 측정하기 위한 측정영역(R)을 구분하는 에어관부(23)를 포함한 구조를 갖는다.
이러한 에어관부(23)는 진입관부(21)와 반사경부(22) 사이의 광경로를 연소배출가스(입자상 먼지를 포함하는)(G)가 통과할 수 있도록 개방시키고 이 부분을 측정영역(R)으로 구분하는 오픈 패스(open path) 방식을 적용한다.
이에 따라, 측정영역(R)은 에어관부(23)의 길이(H3)에 해당하며, 이는 곧 진입관부(21)의 단부(a)에서 반사경부(22)의 단부(b) 까지의 길이에 해당한다.
한편, 진입관부(21)의 단부(a)와 반사경부(22)의 단부(b)에 형성되는 광경로 통로 상에는 측정영역 내의 먼지를 포함한 연소배출가스가 직접 접촉되지 않아야 한다. 먼지 침입을 방지하기 위한 별도의 글래스 윈도우(glass window)가 없는 진입관부(21)의 단부(a)와 반사경부(22)의 단부(b)의 광경로 통로 내측으로 연소배출가스가 직접 접촉할 경우 연소배출가스에 포함된 입자상 먼지가 광경로 통로 상에 침입하게 되고 이러한 먼지들은 결국 광경로상에 쌓임으로 장치의 측정 방해요인으로 작용하게 된다. 이는 곧 먼지측정기의 측정효율 및 신뢰도를 저하시키는 요인이 된다.
한편, 레이놀즈 수(Reynolds number)는 관성(inertia)에 의한 힘과 점성(viscous)에 의한 힘의 비로써 유체의 흐름을 예측하는데 사용하는 무차원 수이다.
유체는 레이놀즈 수가 낮을 때는 층상의 흐름을 보이는 층류(laminar flow)를 보이며, 높을 때는 난류(turbulent flow) 현상을 보이게 된다. 보통 원형 파이프 내의 유동과 같은 관수로 흐름의 경우 임계 레이놀즈 수는 약 2,100 정도로써 층류이고, 레이놀즈 수 약 2,900 ~ 4,000 사이에서는 유동의 성질을 정확하게 말할 수 없다고 보는 천이 영역, 약 4,000 이상이면 난류라고 한다. 레이놀즈 수가 높다는 것은 유체의 관성력이 점성력보다 높다는 것을 의미한다.
예를 들어, 도 3(a)를 참조하면, 원형 파이프 내의 관로를 통과하는 유체(일예, 공기(air))는 주입되는 압력에 의해 홀(hole)을 통과해 관로 내부로 분출될 때, 유입되는 홀의 입구부에서는 난류를 형성하고 관로의 길이방향을 따라 흐르면서 천이영역을 거쳐 안정적인 층류를 형성하게 된다.
따라서, 안정적인 유체의 흐름을 갖는 층류를 형성하기 위해서는 압력에 따라 홀(hole)로 부터 어느 정도의 길이를 가져야만 한다.
한편, 홀(hole)을 통과해 관로 내부로 유입된 유체는 분출되는 흐름 방향에 막힌 부분이 있으면 부딪치게 되고 압력이 유지된다고 했을 때 소용돌이 같은 흐름을 만들기도 한다.
이를 참조하여, 재차 도 1 내지 도 2 및 도 3(b)를 참조하여, 종래의 먼지측정기를 살펴보면 하기와 같다.
종래의 먼지측정기는, 진입관부(21)의 단부(a)와 반사경부(22)의 단부(b)에 형성된 오픈된 광경로 통로를 통해 내부로 먼지가 침입하고 그 단부 측에 쌓이는 것을 방지하기 위해, 프로브(20)에 에어펌프장치(3)에서 공급된 퍼지에어(purge air)를 설정의 압력으로 강제 유입시키고, 진입관부(21)의 단부(a)와 반사경부(22)의 단부(b)에 형성된 광경로 통로상에 흐름에 따라 퍼지에어가 분출되면서 연소배출가스에 포함된 입자상의 먼지가 단부(a, b)에 형성된 광경로 통로상에 쌓이거나 유입됨을 방지하도록 하고 있다(도 2b 참조).
구체적으로, 진입관부(21)는 에어펌프장치(3)에서 강제 공급된 퍼지에어가 진입관부(21)의 내부에 형성된 광경로 통로를 공기통로로 삼아 타고 이동해 단부(a)의 오픈된 광경로 통로를 통해 굴뚝(4) 내부로 분출되게 되며, 반사경부(22)는 에어펌프장치(3)에서 강제 공급된 퍼지에어가 진입관부(21) 및 이와 연통된 에어관부(23)를 타고 강제 이동해 반사경부(22) 내부로 진입하게 되며 반사경부(22) 내측에 형성한 퍼지홀(22b)을 통해 반사경(22a)이 있는 광경로 통로상에 압력에 의해 퍼지에어가 분출되는 구조를 갖는다.
이때, 굴뚝 내 벽체를 관통하면서 설치된 진입관부(21)는 굴뚝의 크기에 따라 어느정도의 길이를 가지도록 제작되는데, 그 길이(H1)가 굴뚝의 벽체를 관통하고 측정이 가능한 지점까지 연장되어야 하기 때문에 단부(a)에 형성된 광경로 통로 직경 보다 훨씬 긴 길이(H1)를 가질 수 밖에 없다.
즉, 에어펌프장치(3)와 연결된 지점에서 그 단부(a) 까지 충분한 길이를 가짐에 따라 퍼지에어가 유입구 측에서는 공기통로인 광경로 통로상에 수직으로 입사되어 난류를 형성하나, 길이방향의 길이는 분출되는 단부(a)의 광경로 통로 직경에 비해 훨씬 길어 흐름에 따라 층류가 형성될 수 있는 충분한 길이(도1, H1)가 된다. 이에 따라 진입관부(21)의 단부(a)의 오픈된 광경로 통로에서 측정영역(R)으로 배출되는 퍼지에어는 걸림이 없이 층류를 형성하면서 단부(a)의 광경로 통로로 먼지가 접촉되고 유입되는 것을 차단할 수 있다.
다시 말해, 진입관부(21)의 광경로 통로를 통과하면서 퍼지에어는 안정적으로 층류를 형성하게 되고, 광경로 통로 단부를 타고 넘으면서 측정영역(R)으로 유입됨에 따라 광경로 통로 측으로는 먼지가 유입됨을 완전히 차단할 수 있다. 단부(a)의 광경로 통로로 배출되는 퍼지에어의 압력이 굴뚝 내 배출되는 연소배출가스(G)의 압력보다 같거나 크기만 하면 입자상 먼지가 진입관부(21)의 단부(a) 측 광경로 통로(공기통로) 내부로 유입될 가능성은 없다.
그러나, 도 3(b)를 재차 참조하면, 먼지측정기를 구성하는 반사경부(22)는 에어관부(23)를 통해 강제 유입된 퍼지에어가 퍼지홀(22b)를 통해 광경로 통로 상에 수직하게 유입되어 분출되며, 퍼지홀(22b) 입구부에서는 퍼지에어의 관성력과 점성력에 의해 난류를 형성하게 된다. 또한, 길이방향에 설치되어 한쪽으로의 에어 흐름을 차단할 수 밖에 없는 반사경(22a)과 분출된 퍼지에어는 충돌하게 되면서 압력이 안정적이라면 퍼지에어와 충돌이 발생하는 반사경(22a) 근처에서는 소용돌이와 같은 흐름이 발생할 수 있다.
이때, 퍼지에어는 반사경(22a)의 표면을 쓸면서 먼지의 유입을 어느 정도 방지하지만 광경로 통로의 길이가 매우 짧은 바, 오픈된 광경로 통로 상으로의 흐름에 따라 곧바로 측정영역(R) 측으로 배출되어 버린다.
다시 말해, 종래 먼지측정기의 반사경부(22)는 공기통로가 되는 광경로 통로의 직경(D)에 대한 퍼지에어가 측정영역(R)으로 나가기 위한 통로 길이(L)-퍼지홀의 최단부에서 단부(b)까지의 길이-의 비가 1.0 미만으로 짧으면서, 퍼지홀(22b)이 단일 홀을 형성함에 따라 분출되는 퍼지에어는 층류를 형성할 여유가 없이 난류 및 와류를 형성하게 된다.
이와 같은, 짧은 통로 길이(L)에 따른 난류적 흐름은 굴뚝 내 측정영역(R)을 통과하는 연소배출가스(G)의 흐름과 만나 불규칙한 난류와 와류를 형성하게 되고 이러한 난류 및 와류 및 소용돌이와 같은 흐름에 의해 짧은 반사경부(22)의 광경로 통로 상에는 "가"와 "나" 지점에서 먼지(Ch)가 쌓이는 문제점이 발견되었다.
단순하게 강제 유입되는 퍼지에어의 압력을 매우 강하게 높여 분출되는 퍼지에어 량을 증대시킴으로 먼지(Ch) 쌓임을 방지할 수도 있으나, 이는 결국 측정영역(R) 내 연소배출가스(G)의 흐름에 까지 영향을 줄 뿐만 아니라 측정효율 및 신뢰도를 낮추게 되는 결과만을 초래할 뿐이다.
또한, 짧은 통로 길이(L)에 따른 난류적 흐름은 퍼지에어의 압력을 높여도 균일하지 않기 때문에 측정을 위한 기준 경로인 광경로의 기준점이 변형될 우려가 있었다.
결국, 이와 같이 광경로 상 쌓인 먼지(Ch)와 광경로 상의 지속적인 난류적 흐름은 결국 먼지측정기의 측정 방해요인으로 작용하게 되고, 먼지측정기의 측정효율 및 신뢰도에 의문이 생길 수 밖에 없는 문제점을 초래하였다.
이에 따라, 먼지측정기를 개발함에 있어서 퍼지에어의 압력을 효율적으로 활용(펌프 용량을 최소화)하면서도 프로브의 단부에 형성된 오픈된 광경로 통로를 통해 입자상 먼지가 침입됨을 차단할 수 있는 구조, 특히 반사경을 포함한 반사경부 내부로 먼지가 침입됨을 완전히 차단할 수 있는 먼지측정기의 개발이 절실한 화두로 대두되고 있는 것이 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 반사경부의 광경로-공기통로 길이를 직경 대비 보다 길게 설정하여 분출되는 퍼지에어의 흐름이 측정영역에 이르러서는 층류를 이루게 함으로 광경로 통로에 먼지(입자상)가 유입되고 쌓이는 것을 차단하여 광경로상 측정 방해요인을 미연에 방지하고 장치의 측정효율 및 신뢰도를 높일 수 있도록 이루어진 먼지측정기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 먼지측정기는, 광원을 포함한 본체부와; 본체부와 연결되면서 에어펌프장치를 통해 내부로 퍼지에어(air)를 공급받으며 광경로-공기통로를 갖는 진입관부와, 내부에 반사경을 구비하며 진입관부와 동심축선 상의 광경로-공기통로를 갖는 반사경부와, 진입관부의 단부와 반사경부의 단부를 연결하여 지지하면서 공기통로를 형성하는 파이프 형태로 광경로를 굴뚝 내 개방시켜 측정영역을 형성하는 에어관부로 이루어진 프로브를; 포함한다.
이때, 본 발명의 반사경부는, 진입관부의 광경로-공기통로의 단부 측 직경과 동일한 직경을 가지며, 내부에 반사경을 배치하고, 반사경과 근접한 위치로 복수개의 퍼지홀을 관통되게 형성한 경통체와; 내부공간을 형성하면서 경통체를 감싸며, 에어관부의 공기통로와 내부공간을 연통되게 형성한 외통체를 포함한다.
이때, 경통체는, 광경로-공기통로 직경에 대한 측정영역에 가장 가까운 퍼지홀의 끝에서 단부까지가 이루는 통로 길이의 비가 1.0 이상이고, 퍼지홀은 복수개가 간격을 가지며 경통체의 외주면을 따라 동일선상으로 간격을 가지며 배치되되 2열 이상 형성한 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 반사경부는, 퍼지홀을 통해 광경로-공기통로 내부로 분출되는 퍼지에어(air) 압력이 굴뚝을 통해 배출되는 연소배출가스의 흐름이 갖는 압력 보다 같거나 큰 것을 특징으로 한다.
한편, 퍼지홀은, 1열을 형성하는 퍼지홀이 이웃하는 열을 형성하는 퍼지홀과 서로 엇갈리는 위치로 배치되는 것이 바람직하다.
그리고, 퍼지홀은, 전체 개수의 단면적 합이 광경로-공기통로 직경의 단면적과 동일한 것을 특징으로 한다.
한편, 에어관부는, 4개의 파이프가 등간격을 가지며 원형 배열된다.
또한, 진입관부는 길이를 갖는 이중관의 파이프 형태를 갖는다. 일 예로, 진입관부는, 본체부에 연결되고 일측에 에어펌프장치와 연결된 에어 유입부를 형성하면서 굴뚝 벽체에 지지되는 플랜지를 가지는 외통체와; 외통체와 공기통로를 형성하면서 내부에 배치되되, 에어 유입부와 연통한 복수개의 퍼지홀을 외주면에 관통되게 형성하면서 내부 중심에 광경로-공기통로를 형성하는 내통체를 포함하여 구성한다.
이와 같이 본 발명에 따른 먼지측정기는, 반사경부의 광경로-공기통로 길이를 직경 대비 보다 길게 설정하여 분출되는 퍼지에어의 흐름이 측정영역에 이르러서는 층류를 이루게 함으로 광경로 통로에 먼지(입자상)가 유입되고 쌓이는 것을 차단하여 광경로상 측정 방해요인을 미연에 방지하고 장치의 측정효율 및 신뢰도를 높일 수 있는 효과를 가진다.
더불어, 측정영역 내 연소배출가스의 흐름에 방해를 주지 않으면서 정확한 측정을 이룰 수 있어 장치의 신뢰도를 극대화하는 효과를 가진다.
도 1은 인시츄(In-Situ) 타입의 먼지측정기가 설치된 상태를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 2(a)(b)는 도 1에 따른 먼지측정기의 광투과 방식에 의한 측정 상태와 퍼지에어를 이용한 먼지 침입을 방지하는 상태를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 3(a)는 원형 파이프 내의 관로를 통과하는 유체(에어)의 상태를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 3(b)는 도 1에 따른 먼지측정기의 반사경부에서 먼지가 광경로 통로상에 침입하여 쌓이는 상태를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 먼지측정기를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4에 따른 먼지측정기를 길이방향으로 절개한 상태를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 6은 도 5에 따른 먼지측정기의 반사경부를 확대하여 보여주는 개략적인 도면이다.
도 7은 도 5에 따른 먼지측정기의 반사경부에서 나타나는 퍼지에어의 흐름을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 먼지측정기의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 길이방향은 먼지측정기가 굴뚝에 설치된 상태에서 수평방향을 가리키는 것으로 한다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 먼지측정기(1)는, 입사되는 광량을 측정하여 먼지 농도로 환산하는 광투과 방식의 인시츄(In-Situ) 타입으로 광경로 통로에 먼지(입자상)가 유입되어 쌓이는 것을 차단하는 것을 가장 큰 특징으로 한다. 이를 위해, 본 발명의 먼지측정기(1)는, 반사경부(220)의 광경로-공기통로 길이(L1)를 직경(D1) 대비 보다 길게 설정하여 분출되는 퍼지에어의 흐름이 측정영역(R)에 이르러서는 층류를 이루게 하는 구조를 갖는다.
보다 구체적으로, 본 발명의 먼지측정기(1)는, 크게 본체부(100)와 프로브(200)로 구성된다.
먼저, 본체부(100)는 광원을 포함하여 구성하는데, 종래의 인시츄(In-Situ) 타입 먼지측정기에 적용하는 구조와 동일한 부분으로 그 구조와 기능을 위한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.
그리고, 프로브(200)는, 크게 진입관부(210)와, 반사경부(220)와, 에어관부(230)를 포함한 구조를 갖는다.
진입관부(210)는, 본체부(100)와 연결되면서 에어펌프장치(3)를 통해 내부로 퍼지에어(air)를 공급받으며 광경로-공기통로(LP1)를 갖는다.
구체적으로, 진입관부(210)는 길이를 갖는 원형 파이프 형태로 이중관 구조를 갖는데, 본체부(100)의 일측과 연결되고 일측에 에어펌프장치(3)와 연결된 에어 유입부(214)를 형성하면서 굴뚝(4) 벽체에 지지되는 플랜지(213)를 가지는 외통체(212)와; 외통체(212)과 공기통로(212a)를 형성하면서 내부에 배치되되 에어 유입부(214)와 연통한 복수개의 퍼지홀(211a)을 형성하면서 내부 중심에 광경로-공기통로(LP1)를 형성한 내통체(211)를 포함한 구조를 갖는다.
이때, 진입관부(210)의 퍼지홀(211a)은 동일한 크기와 형상으로 복수개가 내통체(211)의 외주면을 따라 형성됨이 바람직하며, 퍼지홀(211a)의 개수와 크기는 먼지측정기를 사용하게 되는 굴뚝의 크기 또는 굴뚝을 타고 배출되는 연소배출가스(G)의 압력과 유속에 따라 결정할 수 있다.
퍼지홀(211a)의 형태는 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있음은 물론이며, 다만 각각의 퍼지홀(211a)이 광경로-공기통로(LP1) 측으로 균일하게 퍼지에어를 분출할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게, 퍼지홀(211a)을 통해 강제 유입된 퍼지에어가 광경로-공기통로(LP1)를 타고 단부(a)에서 측정영역(R) 측으로 배출될 때 굴뚝 내 흐름을 갖는 연소배출가스(G)의 압력과 동일하거나 그 이상의 압력을 가지도록 한다.
그리고, 반사경부(220)는, 내부에 측정을 위한 반사경(223)을 구비하며 진입관부(210)와 동심축선 상의 광경로-공기통로(LP2)를 갖는다.
도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명의 먼지측정기(1)를 구성하는 반사경부(220)는, 일 실시예로, 광경로-공기통로(LP2)를 갖는 경통체(221)와, 에어관부(230)의 공기통로(231)와 연통한 외통체(222)의 구조를 갖는다.
먼저, 경통체(221)는 진입관부(210)의 광경로-공기통로(LP1)의 단부(a) 측 직경(도5, D11)과 동일한 직경(D1)을 가지는데, 그 내부에 측정을 위한 반사경(223)을 고정구(224)-스프링 또는 탄성지지체-를 통해 지지되게 배치하고, 반사경(223)과 근접한 위치로 복수개의 퍼지홀(P)을 관통되게 형성한다.
이때, 바람직하게 상술의 퍼지홀(P)은 복수개가 간격을 가지며 경통체(221)의 외주면을 따라 동일선상으로 간격을 가지며 배치되되, 경통체(221)의 길이방향에 대하여 2열 이상으로 형성한다.
퍼지홀(P)의 형태는 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형태를 가질 수 있음은 물론이며, 다만 각각의 퍼지홀(P)이 광경로-공기통로(LP2) 측으로 균일하게 퍼지에어를 분출할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
도시에서 퍼지홀(P)은 3열로 형성하였으며, 측정영역에 가까운 위치부터 P1열, P2열, P3열로 일예 도시하였다(도 6 참조).
또한, 퍼지홀(P)은 1열을 형성하는 퍼지홀이 이웃하는 열을 형성하는 퍼지홀과 서로 엇갈리는 위치로 배치하는 것이 바람직하다.
더불어, 바람직하게, 퍼지홀(P: P1,P2,P3)을 통해 강제 유입된 퍼지에어가 광경로-공기통로(LP2)를 타고 단부(b)에서 측정영역(R) 측으로 배출될 때 굴뚝 내 흐름을 갖는 연소배출가스(G)의 압력과 동일하거나 그 이상의 압력을 가지도록 한다.
이와 같이 형성한 퍼지홀(P: P1,P2,P3)을 통해 강제 유입된 퍼지에어는 경통체(221) 내부의 광경로-공기통로(LP2) 내로 분출되는데, 각각의 이웃하는 열의 퍼지홀에서 분출되는 퍼지에어가 서로 밀고 상호작용을 함에 따라 반사경(223) 근처-"가"(도3b 참조)-에서 혹시라도 먼지가 쌓이는 것을 완전히 차단할 수 있다.
한편, 본 발명의 먼지측정기에서, 반사경부(220)의 경통체(221)는 광경로-공기통로 직경(D1)에 대한 측정영역(R)에 가장 가까운 퍼지홀(P)의 끝(최단부)에서 단부(b)까지가 이루는 광경로-공기통로 길이(L1)의 비가 1.0 이상인 것을 가장 큰 특징으로 한다(L1/D1 ≥ 1.0).
광경로-공기통로 직경(D1)에 대한 측정영역(R)에 가장 가까운 퍼지홀(P)의 끝(최단부)에서 단부(b)까지가 이루는 광경로-공기통로 길이(L1)의 비가 1.0 미만일 경우에는 종래기술에 따른 먼지측정기에서 발견된 바와 같이, 광경로-공기통로 길이(L1)아 짧아 퍼지에어가 층류를 형성하지 못한 난류의 상태로 측정영역(R)으로 배출된다.
이에 따라, 비가 1.0 미만인 짧은 통로 길이(L1)일 경우 발생한 퍼지에어의 난류적 흐름은 굴뚝 내 측정영역(R)을 통과하는 연소배출가스(G)의 흐름과 만나 불규칙한 난류와 와류를 형성하게 되고 이러한 난류 및 와류 및 소용돌이와 같은 흐름에 의해 짧은 반사경부(22)의 광경로 통로 상에는 "가"와 "나" 지점에서 먼지(Ch)가 쌓이는 문제점이 생길 우려가 있다(도 3b 참조).
따라서, 광경로-공기통로(LP2)를 빠져나가는 퍼지에어가 단부(b)에서 층류를 형성하면서 나가기 위해서는 광경로-공기통로 직경(D1)에 대한 측정영역(R)에 가장 가까운 퍼지홀(P)의 끝(최단부)에서 단부(b)까지가 이루는 광경로-공기통로 길이(L1)의 비는 반드시 1.0 이상인 것이 가장 바람직하다.
최종적인 광경로-공기통로 길이(L1)는 굴뚝 내 연소배출가스의 흐름이 갖는 압력 및 유속과 광경로-공기통로로 유입되는 퍼지에어의 압력에 따라 길이변화가 가능함은 물론이다.
그리고, 반사경부(220)의 외통체(222)는, 내부공간(S)을 형성하면서 경통체(221)을 감싸는 형태로, 에어관부(230)의 공기통로(231)와 내부공간(S)을 연통되게 형성한다. 내부공간(S)으로 강제유입된 퍼지에어는 상술의 퍼지홀(P: P1,P2,P3)을 통해 광경로-공기통로(LP2) 내로 분출된다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 먼지측정기(1)는 반사경부(220)에 있어서, 광경로-공기통로 직경(D1)에 대한 측정영역(R)에 가장 가까운 퍼지홀(P)의 끝(최단부)에서 단부(b)까지가 이루는 광경로-공기통로 길이(L1)의 비가 1.0 이상이어야 하며, 퍼지홀(P: P1,P2,P3)을 통해 강제 유입되는 퍼지에어량을 고르게 분산시켜 분출해야 한다.
이와 같이, 퍼지홀(P: P1,P2,P3)을 통해 강제 유입되는 퍼지에어량을 고르게 분산시키기 위해, 바람직하게 퍼지홀(P: P1,P2,P3)은 전체 개수의 단면적 합이 광경로-공기통로 직경(D1)의 단면적과 동일한 것을 특징으로 한다.
공기가 들어오는 입구의 면적과 배출되는 출구의 면적을 동일하게 함으로 각각의 퍼지홀로 분출되는 퍼지에어는 고르게 분산되어 분출되고, 광경로-공기통로(LP2) 상에서 난류에서 천이영역을 거쳐 층류로 변화되는 흐름 변화를 길이를 최소화하여 안정적인 층류를 형성할 수 있다.
이러한, 단부(b) 측 광경로-공기통로로 배출되는 퍼지에어의 흐름이 층류로 안정적인 배출을 이룸에 따라 단부(b) 측 광경로-공기통로로 연소배출가스(G)가 직접적으로 접촉됨이 차단되고 입자상 먼지가 광경로-공기통로로 유입됨 또한 차단된다(도 3b의 "나"와 같이 먼지가 쌓임을 차단).
한편, 본 발명에 따른 먼지측정기(1)를 구성하는 프로브(200)의 에어관부(230)는 상술한 바와 같이, 진입관부(210)의 단부(a)와 반사경부(220)의 단부(b)를 연결하여 지지하면서 공기통로(231)를 형성하는 파이프 형태로 광경로를 굴뚝(4) 내 개방시켜 측정영역(R)을 형성한다.
이때, 바람직한 실시예로, 도 4를 재차 참조하면, 에어관부(230)는 등간격으로 원형 배열된 4개의 파이프로 이루어진다.
4개의 파이프가 서로 간격을 가지고 원형 배열된 에어관부(230)는 안정적으로 진입관부(210)와 반사경부(220)를 지지할 수 있을 뿐만 아니라, 길이방향으로 파이프 사이사이의 사방이 개방된 형태로 굴뚝 내 연소배출가스(G)의 하방에서 상방으로 향하는 단순한 배출 흐름 뿐만 아니라, 굴뚝 내 압력 및 유속의 변화에 따른 난류적 흐름에 의한 배출 흐름 방향에 상관없이 광경로의 먼지를 노출시킬 수 있다.
상하부로의 개방구간만을 형성하던 종래의 먼지측정기는 연소배출가스(G)의 흐름이 상하가 아니라 좌우 또는 우좌의 흐름이 발생할 경우 측정에 오류가 발생할 수 밖에 없었으나, 본 발명에 따른 먼지측정기(1)는 프로브(200)를 구성하는 4개의 파이프 형태의 에어관부(230)가 광경로 상 측정영역(R)을 형성함에 따라 굴뚝 내 연소배출가스(G)의 흐름방향에 영향을 받지 않고 측정하여 장치의 측정효율 및 신뢰도를 높일 수 있다.
한편, 재차 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 먼지측정기(1)의 퍼지에어 흐름 및 사용상태를 살펴보면 하기와 같다. 광투과 방식으로 먼지 농도를 측정하는 과정 및 흐름은 이미 공지된 내용으로 하기에서 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 먼지측정기(1)는, 입사되는 광량을 측정하여 먼지 농도로 환산하는 광투과 방식의 인시츄(In-Situ) 타입으로 광경로 통로에 먼지(입자상)가 유입되어 쌓이는 것을 차단하는 것을 가장 큰 특징으로 하는 것으로 이를 위한 구성과 구조를 갖는다.
다시 말해, 먼지측정기(1) 내 광경로-공기통로(LP1, LP2) 상에 먼지가 유입되어 쌓이는 것을 차단한다.
먼지가 유입되고 쌓이는 것을 차단하기 위해 에어펌프장치(3)의 에어를 이용하는데, 에어펌프장치(3)에서 이송된 설정 압력의 퍼지에어는 프로브(200)의 에어 유입부(214)로 강제 유입된다.
유입된 퍼지에어의 일부는 진입관부(210)의 퍼지홀(211a)을 통해 광경로-공기통로(LP1)를 타고 단부(a)측으로 이동되는 흐름을 갖는다. 이때, 진입관부(210)의 광경로-공기통로(LP1) 길이는 광경로-공기통로(LP1)의 단부(a) 측 직경(도5, D11) 보다 충분히 긴 길이를 가지는 바, 광경로-공기통로(LP1)을 통로를 통과하면서 퍼지에어는 안정적으로 층류를 형성하면서 단부(a)로 배출된다.
다시 말해, 퍼지홀(211a)을 통해 유입된 퍼지에어는 길이방향과 수직으로 입사됨에 따라 퍼지홀(211a) 부근에서 난류를 형성하나 광경로-공기통로(LP1)의 길이가 긴 바, 천이영역을 넘어 최종적으로 배출될 때는 안정적인 층류를 형성하게 된다.
그리고, 층류를 형성한 퍼지에어는 단부(a)의 광경로-공기통로(LP1)를 타고 넘으면서 측정영역(R)으로 유입됨에 따라 광경로-공기통로(LP1) 측으로는 먼지가 유입됨을 완전히 차단할 수 있다.
단부(a)의 광경로-공기통로(LP1)로 배출되는 퍼지에어의 압력이 굴뚝 내 배출되는 연소배출가스(G)의 압력보다 크기만 하면 입자상 먼지가 진입관부(210)의 단부(a) 측 광경로 통로(공기통로) 내부로 유입될 가능성은 없다.
한편, 에어 유입부(214)로 강제 유입된 퍼지에어의 다른 일부는 내통체(211) 외주면과 외통체(212) 내주면 사이에 형성하는 공기통로(212a)를 타고 이동하고, 에어관부(230)의 공기통로(231)를 타고 반사경부(220) 내부공간(S)으로 유입된다.
이때, 내부공간(S)은 광경로-공기통로(LP2) 측에 형성되는 통로 내부공간(S1)과 반사경(223) 측에 형성되는 압축 내부공간(S2)로 구분될 수 있는데, 내부공간(S)으로 유입된 퍼지에어는 통로 내부공간(S1)을 통과해 일부는 퍼지홀(P)을 통해 광경로-공기통로(LP2) 상으로 분출되고 다른 일부는 통로 내부공간(S1)을 통과해 압축 내부공간(S2)으로 진입된다. 압축 내부공간(S2)은 막힌 상태임에 따라 퍼지에어는 압축 내부공간(S2)에 잠시 머물러 압축되었다가 재차 퍼지홀(P) 측으로 강하게 이동해 광경로-공기통로(LP2) 상으로 분출된다.
그리고, 퍼지홀(P) 측의 광경로-공기통로(LP2)에서 퍼지에어는 관성적으로 난류를 형성한다. 이때, 퍼지홀(P)은 2열 이상으로 복수개 구성됨에 따라 각각의 퍼지홀(P1, P2, P3)에서 분출된 퍼지에어는 상호작용하면서 반사경(223)을 쓸어 깨끗하게 한다.
한편, 광경로-공기통로 직경(D1)에 대한 측정영역(R)에 가장 가까운 퍼지홀(P)의 끝에서 단부(b)까지가 이루는 통로 길이(L1)의 비가 1.0 이상인 바, 광경로-공기통로(LP2)를 통과하면서 퍼지에어 천이영역을 넘어 최종적으로 배출될 때는 안정적인 층류를 형성하게 된다.
그리고, 층류를 형성한 퍼지에어는 단부(b)의 광경로-공기통로(LP2)를 타고 넘으면서 측정영역(R)으로 유입됨에 따라 광경로-공기통로(LP2) 측으로는 먼지가 유입됨을 완전히 차단할 수 있다.
단부(b)의 광경로-공기통로(LP2)로 배출되는 퍼지에어의 압력이 굴뚝 내 배출되는 연소배출가스(G)의 압력보다 크기만 하면 입자상 먼지가 진입관부(210)의 단부(b) 측 내부로 유입될 가능성은 없다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 먼지측정기(1)는, 광경로-공기통로 길이를 직경 대비 보다 길게 설정하여 분출되는 퍼지에어의 흐름이 측정영역(R)에 이르러서는 층류를 이루게 함으로 광경로 통로에 먼지(입자상)가 유입되고 쌓이는 것을 차단하여 광경로상 측정 방해요인을 미연에 방지하고 장치의 측정효율 및 신뢰도를 높일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

Claims (6)

  1. 광원을 포함한 본체부(100)와; 상기 본체부(100)와 연결되면서 에어펌프장치(3)를 통해 내부로 퍼지에어(air)를 공급받으며 광경로-공기통로(LP1)를 갖는 진입관부(210)와, 내부에 반사경(223)을 구비하며 상기 진입관부(210)와 동심축선 상의 광경로-공기통로(LP2)를 갖는 반사경부(220)와, 상기 진입관부(210)의 단부(a)와 반사경부(220)의 단부(b)를 연결하여 지지하면서 공기통로(231)를 형성하는 파이프 형태로 광경로를 굴뚝(4) 내 개방시켜 측정영역(R)을 형성하는 에어관부(230)로 이루어진 프로브(200)를; 포함하는 광투과 방식을 이용한 인시츄 타입의 먼지측정기에 있어서,
    상기 반사경부(220)는,
    상기 진입관부(210)의 광경로-공기통로(LP1)의 단부(a) 측 직경(D11)과 동일한 직경(D1)을 가지며, 내부에 상기 반사경(223)을 배치하고, 상기 반사경(223)과 근접한 위치로 복수개의 퍼지홀(P)을 관통되게 형성한 경통체(221)와;
    내부공간(S)을 형성하면서 상기 경통체(221)를 감싸며, 상기 에어관부(230)의 공기통로(231)와 내부공간(S)을 연통되게 형성한 외통체(222)를 포함하되;
    상기 경통체(221)는,
    광경로-공기통로 직경(D1)에 대한 측정영역(R)에 가장 가까운 퍼지홀(P)의 끝에서 단부(b)까지가 이루는 통로 길이(L1)의 비가 1.0 이상이고,
    상기 퍼지홀(P)은 복수개가 간격을 가지며 경통체(221)의 외주면을 따라 동일선상으로 간격을 가지며 배치되되, 2열 이상 형성한 것을 특징으로 하는 먼지측정기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반사경부(220)는,
    퍼지홀(P)을 통해 광경로-공기통로(LP2) 내부로 분출되는 퍼지에어(air) 압력이 굴뚝(4)을 통해 배출되는 연소배출가스(G)의 흐름이 갖는 압력 보다 같거나 큰 것을 특징으로 하는 먼지측정기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 퍼지홀(P)은, 1열을 형성하는 퍼지홀이 이웃하는 열을 형성하는 퍼지홀과 서로 엇갈리는 위치로 배치된 것을 특징으로 하는 먼지측정기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 퍼지홀(P)은, 전체 개수의 단면적 합이 광경로-공기통로 직경(D1)의 단면적과 동일한 것을 특징으로 하는 먼지측정기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 에어관부(230)는, 4개의 파이프가 등간격을 가지며 원형 배열된 것을 특징으로 하는 먼지측정기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 진입관부(210)는 길이를 갖는 이중관의 파이프 형태로,
    상기 본체부(100)에 연결되고 일측에 에어펌프장치(3)와 연결된 에어 유입부(214)를 형성하면서 굴뚝(4) 벽체에 지지되는 플랜지(213)를 가지는 외통체(212)와,
    상기 외통체(212)과 공기통로(212a)를 형성하면서 내부에 배치되되, 상기 에어 유입부(214)와 연통한 복수개의 퍼지홀(211a)을 외주면에 관통되게 형성하면서 내부 중심에 광경로-공기통로(LP1)를 형성하는 내통체(211)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 먼지측정기.
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