KR101149624B1 - 응축핵계수기 - Google Patents

Abstract

포화유닛(3)의 작동유체용 리저버(4)는 압력균등화라인(9)에 의해 고형 입자들로 채워진 가스의 샘플링 섹션(1)과 연결되며, 그 결과, 심지어 바람직하지 못한 압력 상태에서도, 리저버(4)로부터 샘플링 섹션(1) 내로 그리고 이 샘플링 섹션(1)과 연결된 측정 주위환경의 그 외 다른 섹션들 내로 작동유체가 다시 흡입되는 것이 방지된다.

Description

응축핵계수기{CONDENSATION NUCLEUS COUNTER}

본 발명은 다공성 포화요소를 가진 가열포화유닛을 포함하는 응축핵계수기에 관한 것으로서, 샘플링 섹션으로부터 공급라인에 의해 공급된 고형 입자들로 채워진 가스는 상기 가열포화유닛을 통해 흐르게 되며, 상기 가열포화유닛에는 부속 리저버(reservoir), 포화유닛의 다운스트림에 있는 응축유닛, 뿐만 아니라 상기 응축유닛의 다운스트림에 있는 입자계수기(particle counter)로부터 작동유체(working fluid)가 공급된다.

위에서 언급된 타입의 유닛들은, 예를 들어, 독일 실용신안 73 21 827호 또는 US 4 790 650 A호에 공지되어 있으며, 이 유닛들은 광선에서 광의 분산효과에 의해 매우 작은 입자들을 측정하거나 또는 그 개수를 세기 위해 사용된다. 하지만 이 분산효과는 고형 입자들, 특히, 예를 들어, 연소 엔진, 특히 디젤 엔진의 배기가스 내에 함유된 고형 입자들이 너무나 작은(보통 0.3μm 보다 작은) 치수를 가지는 경우에, 안전하게 또는 쉽게 입증되고 측정되지 못하는데, 이는 배기가스의 유해성을 그에 상응하게 분석하는데 있어서 거의 전적인 책임이 있다.

위에서 언급한 타입의 입자계수기를 사용하여 안정적이거나 혹은 간단한 탐지한계점(limit of detection) 밑으로 입자 크기를 가공(work)할 수 있게 하기 위하여, 저명한 문헌들에는, 예를 들어 미립자 물질(particulate material)의 외관 직경(apparent diameter)을 확대하기 위하여, 작동유체 표면 위에 응축하도록 하게 하는 것이 공지되어 왔으며, 그 결과, 입자가 채워진(particle-loaded) 가스 흐름에서 미립자 물질의 타입과 개수를 대표하는 바람직한 방식으로 쉽고 안정적으로 수를 셀 수 있다. 예를 들어, 작동유체로서 물 또는 수증기를 사용하는 것 외에도, 응축효과를 개선시키거나 또는 최적화시키기 위해, 그 외의 다른 다양한 작동유체 예컨대 알콜, 바람직하게는 부탄올이 널리 사용되거나 또는 분석되어 왔으며 그리고 연소 엔진의 배기가스가 실질적으로 분석되어 왔다. 이러한 타입의 작동유체들은 이 작동유체의 조성(composition) 또는 화학적 요소들에 대해 여러 분야에서 문제점들을 야기시키고, 이러한 측정 유닛들의 특정 작동 상태(특히 요동치는 압력 상태, 압력 펄스)에 관련된 오염문제는 최근까지도 그 외 다른 특정의 측정 방법 또는 장치 섹션들을 사용함으로써 배제될 수 없었으며 이와 관련된 국소적인 측정 오류들은 어떠한 비용이 들더라도 방지되어야 한다.

앞에서 기술된 타입의 측정유닛(measuring unit)을 통상 그 외 다른 측정 환경에 바람직하지 못하게 영향을 끼치지 않고 모든 분야의 주위환경 상태에서 사용가능하도록 상기 측정유닛을 개선하는 것이 본 발명의 목적이다.

이 목적은 위에서 언급한 타입의 응축핵계수기(condensation nucleus counter)로 구현되는데, 포화유닛의 작동유체용 리저버(reservoir)는 압력균등화라인(pressure equalization line)에 의해 고형 입자들로 채워진(loaded) 가스의 샘플링 섹션(sampling section)과 연결된다. 이와 같이 매우 간단한 방식으로, 측정되어야 하는 가스의 샘플링 섹션 내에 압력 요동(pressure fluctuation) 또는 압력 펄스(pressure pulse)가 발생하는 것이 방지될 수 있으며 작동유체가 이 샘플링 섹션 내로 또는 상기 샘플링 섹션을 넘어 그 외 다른 측정 환경에서 그 뒤에 위치된 섹션들 내로 다시 흡입되는 것이 방지될 수 있다. 따라서 바람직한 효과를 제공하기 위하여 압력균등화(pressure equalization)가 100% 수준에서 보장할 필요가 없기 때문에 상기 압력 균등화는 샘플링 섹션의 어떤 특정 위치에서 발생되는 지는 중요하지 않다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 있어서, 필터는 압력균등화라인 내에 바람직하게는 리저버와 근접한 범위(close-up range) 내에 제공될 수 있으며, 이에 따라 한편으로는 물방울 형태의 작동유체가 손상되는 것이 방지되고 다른 한편으로는 가스 흐름으로부터 고형 입자들이 유입되는 것이 방지된다. 통상, 이러한 타입의 필터는 흐름에 대해 가능한 저항이 거의 없도록, 이에 따라 압력 균등화 또는 시간에 걸친 압력 균등화의 진행을 손상시키지 않도록 설계되어야 한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에서, 포화유닛으로의 공급라인에 무관하게ependent), 고형 입자들로 채워진(loaded) 가스용 샘플링 섹션은 조절가능 밸브, 가령, 예를 들어, 비례밸브(proportional valve)가 위치된 배기라인(exhaust line)을 가지며, 그 결과, 샘플링 섹션의 압력과 이에 따라 응축유닛 및 포화유닛의 압력을 정해진 압력 상태로 설정하는 것이 유리할 수 있다.

하기에서, 도면에 도식적으로 도시되는 구체예들의 예들에 따라 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 응축핵계수기 유닛을 도식적으로 도시한 도면.
도 2는 이에 해당하는 상이한 유닛을 보다 자세하게 도식적으로 도시한 도면.

도 1에 따른 응축핵계수기에는 상세하게 도시되지는 않았지만 가열포화유닛(3)이 제공되는데, 샘플링 섹션(1)으로부터 공급라인(2)을 통해 흐르는 고형 입자들로 채워진 가스는 상기 가열포화유닛(3)을 통해 흐르게 되며, 작동유체는 연결된 리저버(4)로부터 이 가열포화유닛(3)으로 공급된다. 가스 유입구(5)에 의해, 추가로 상세하게 도시되지는 않지만 샘플이 제거되고 샘플이 준비되는 이후 포화유닛(3)으로부터 샘플링 섹션(1)에 공급되는 가스의 스트림(stream)에, 역시 상세하게 도시되지는 않지만, 냉각된 응축유닛(6)이 위치되며, 실제 입자계수기(7)가 상기 냉각된 응축유닛(6)에 연결되고, (세부사항은 도 2를 참조할 것), 상기 응축유닛(6)으로부터 펌프(8)에 의해 가스가 추출된다. 심지어 가스 유입구(5) 내에서 또는 샘플링 섹션(1) 내에서 크게 요동치는 압력 상태 혹은 압력 펄스의 경우에서도 가스가 추출되는 것을 보장하기 위하여 리저버(4) 내의 작동유체는 샘플링 섹션(1)과 가스 유입구(5)를 통해 나머지 측정 시스템 내로 다시 흡입될 수 없으며, 상기 리저버(4)는 압력균등화라인(9)에 의해 샘플링 섹션(1)과 연결되고, 도 1에 따르면 상기 압력균등화는 샘플링 섹션(1)을 제한하는 용기(container)로부터 배기라인(10)에서 발생된다. 이 외에도, 압력균등화라인(9)은 샘플링 섹션(1)에서 또는 도 2에 도시된 바와 같이 샘플링 섹션(도 2에는 도시되지 않음)으로부터 포화유닛(3)까지 공급라인(2) 내에서 직접적으로 종결될 수 있다(end).

또한, 도 1에서, 샘플링 섹션(1)에서 압력센서(11)가 도시되며, 이 압력센서는 비례밸브(13)용 제어유닛(12)과 함께 작동하며, 그 결과 샘플링 섹션(1), 뿐만 아니라 응축유닛(6)을 포함하는 포화유닛(3)과 공급라인(2)은 정해진 압력 수준에서 유지될 수 있다.

도 2에 따르면, 도 1에서의 유닛 기능들과 같이, 상응하는 구성요소들이 동일한 도면부호들로 표시되어 있으며, 위에서 기술된 도 1의 유닛에 대한 설명들은 실질적으로 도 2에서도 적용된다. 또한, 도 2에 도시된 바에 따르면, 압력균등화라인(9) 내에서, 리저버(4)와 근접한 범위(close-up range)에 필터(14)가 사용되는데, 이 필터(14)는 한편으로는 입자로 채워진 가스가 공급라인(2)으로부터 리저버(4) 내로 유입되는 것을 방지하며, 다른 한편으로, 심지어 최소량의 물방울 형태 작동유체가 공급라인(2) 방향으로 리저버(4)로부터 배출되는 것을 방지한다. 또한, 포화유닛(3)이 다공성 포화요소(15)를 포함하는 것을 볼 수 있는데, 입자로 채워진 가스는 상기 포화유닛(3)을 통해 흐르게 되며, 상기 포화유닛(3)은 예를 들어 1-부탄올 또는 이와 유사한 것과 같은 작동유체에 의해 습윤된다(moistened). 냉각된 응축유닛(6)으로부터, 필터(16)와 펌프(17)에 의해, 물이 수용 용기(18) 내로 재순환된다(recycled). 똑똑 떨어지는 작동유체가 포화유닛(3) 내로 직접 다시 유입될 수도 있다.

입자계수기(7)는 레이저 다이오드(19)를 도식적으로 보여주는데, 입자로 채워진 가스 흐름의 배출지점에서 초점유닛(20)에 의해 집중되고 컬렉터(21)에 의해 모여지는 상기 레이저 다이오드의 광(light)은 디텍터(22)로 안내된다. 따라서, 입자로 채워진 가스 흐름의 상응하는 사전-희석(pre-dilution)의 필요조건 뿐만 아니라 응축된 작동유체의 의해 인위적으로 확대되어온 입자들의 상응하는 크기를 고려하여, 각각의 개별 입자가 결정될 수 있고 그 개수가 세어질 수 있으며 이에 따라 전체 농도가 결정될 수 있다.

압력센서(23)에 의해, 흐름 상태가 측정될 수 있으며, 분석 스크린(24) 및 추가적인 압력센서(25)와 함께, 상기 흐름이 구체화될 수 있거나(specified) 또는 펌프(8)에 의해 조절될 수 있다.

Claims (3)

1. 샘플링 섹션(1)으로부터 공급라인(2)을 통해 흐르는 고형 입자들로 채워진 가스가 흐르며 다공성 포화요소(15)를 가진 가열포화유닛을 포함하여 구성되고,
   부속 리저버(4)에서 오는 작동유체가 상기 가열 포화유닛(3), 상기 가열 포화유닛의 다운스트림에 있는 응축유닛(6), 뿐만 아니라 상기 응축유닛(6)의 다운스트림에 있는 입자계수기(7)로 공급되는 응축핵계수기에 있어서,
   상기 가열 포화유닛(3)의 작동유체용 리저버(4)는 압력균등화라인(9)에 의해 고형 입자들로 채워진 가스의 샘플링 섹션(1)과 연결되는 응축핵계수기.
2. 제 1항에 있어서,
   필터(14)는 압력균등화라인(9) 내에서 리저버(4)와 근접한 영역(close-up region)에 제공되는 것을 특징으로 하는 응축핵계수기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   포화유닛(3)으로의 공급라인(2)에 무관하게(independent), 샘플링 섹션(1)에는 조절가능 밸브(13)가 장착된 배기라인(10)이 제공되는 것을 특징으로 하는 응축핵계수기.

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