KR100211586B1

KR100211586B1 - 환경오염입자 측정용 2단식 임팩터장치

Info

Publication number: KR100211586B1
Application number: KR1019970015154A
Authority: KR
Inventors: 이재근
Original assignee: 이재근
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1999-08-02
Also published as: KR19980077869A

Abstract

본 발명은 공기 중의 부유입자를 포집하여 입자를 크기별로 분류할 수 있게 함으로써 부유입자의 분석, 측정 등이 가능하게 하는 환경오염입자 측정용 2단식 임팩터(Impactor)장치에 관한 것인 바, 본 발명은 공기 중의 부유입자를 크기에 따라 단계적으로 포집하는 포집구(1)와, 상기 포집구(1)에 흡인력을 제공하는 진공펌프(2)와, 상기 진공펌프(2)와 포집구(1) 간에 설치되어 흡입량을 측정토록 하는 통상의 유량계(3)로 구성되며, 상기 포집구(1)는 공기입자가 흡입되는 노즐(5)이 형성된 흡기구(4)와, 상기 흡기구(4) 하측에 결합되어 1차 흡기실(7)을 구성하는 스테이지1(6)과, 상기 스테이지1(6)과 1차 흡기실(7) 사이에 설치되며 포집판(A)이 착설되는 임팩터 플레이트(8)와, 상기 스테이지1(6)의 노즐(9)과 연통하는 2차흡기실(11)을 구성하며 상기 노즐(9) 하측방에 포집판(A)이 착설된 임팩터 플레이트(12)가 설치되는 스테이지2(10)와, 상기 스테이지2(10) 하측에 결합되고 필터(14)가 내설되며 일측에 진공펌프(2)의 흡입관(18)과 연결되는 흡출구(13a)를 구비한 필터 플레이트(13)로 구성된 것이다.

Description

환경오염입자 측정용 2단식 임팩터장치

근자에는 환경오염에 대한 관심이 높아지고, 환경오염입자 제거를 위한 공기청정장치 개발과 부유입자 샘플링, 분석, 측정 등에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

따라서 부유입자의 크기, 형태, 재질, 오염원 파악 등을 위한 입자의 샘플링 장치가 필요로 하게 된 것이다.

현재의 환경기준은 10

이상의 입자에 대하여서만 규정하고 있으나 실제로는 그 이하의 미세입자들에 의한 피해가 더 크며, 미세입자에 대한 연구가 계속 진행되고 있다.

이와 같은 과정에서 부유입자를 조대(組大)입자와 미세(微細)입자로 각각 샘플링 할 필요가 있는 것이다.

종래에도 이와 같은 샘플링 작업이 가능하도록 Filler Sampler, Settling chamber 등이 있으나 이들은 모두 사용성이 복잡하고 포집 효율성이 낮은 단점이 있어 비교적 간단한 원리에 기초하여 간편한 사용성과 샘플링 효율성을 극대화할 수 있는 수단의 제공이 요구되었던 것이다.

본 발명은 유동입자가 지닌 운동관성의 차이를 이용하여 입자를 크기별로 모을 수 있도록 한 것으로서 사용 편이성과 샘플링 작업의 효율성 등이 동시에 도모될 수 있도록 한 것이다.

제1도는 본 발명의 바람직한 일실시예를 보인 구성도.

제2도는 본 발명의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 포집구 2 : 진공펌프

3 : 유량계 4 : 흡기구

5 : 노즐 6 : 스테이지1

7 : 1차 흡기실 8 : 임팩터 플레이트

8a : 돌출부 8b : 통공

9 : 노즐 10 : 스테이지2

11 : 2차 흡기실 12 : 앰팩터 플레이트

12a : 돌출부 12b : 통공

13 : 필터 플레이트 14 : 필터

15,16 : 고정커버 17, 17' : 고정바아

18 : 흡입관

제1도는 본 발명의 바람직한 일실시에를 도시한 구성도, 제2도는 본 발명의 요부 단면도를 각각 도시한 것으로서, 본 발명은 흡입된 입자를 크기별로 포집하여 분류하는 포집구(1)와 상기 포집구(1)로 공기 중의 부유입자 등을 흡입시키기 위하여 흡인력을 제공하는 진공펌프(2) 및 흡입량을 측정할 수 있는 유량계(3)로 구성된다.

상기 진공펌프(2)는 유량계(3) 및 포집구(1)와 흡입관(18)으로 연결구성되어 상기 진공펌프(2)의 흡인력으로 포집구(1) 내부로 공기 중의 부유입자 등을 흡입시켜 입자를 크기별로 분류 포집하게 되고, 이와 연결된 유량계(3)가 흡입량을 측정하게 된다.

상기 구성 중 진공펌프(2)와 유량계(3)의 구성 및 작용 등은 일반적인 것이다.

이하 포집구(1)의 구성에 대하여 상세히 살펴보면 하기와 같다.

대략 원형상으로 구성되는 포집구(1) 최상단에는 흡기구(4)가 돌출형성되고, 상기 흡기구(4) 상단 내측에는 내향 경사면의 노즐(5)이 형성된다.

그리고 상기 흡기구(4)와, 흡기구(4) 하측 스테이지1(6) 상호간에는 1차 흡기실(7)이 형성되고, 상기 흡기구(4) 하측에 결합되는 스테이지1(6)의 1차 흡기실(7)의 대략 중앙에는 임팩터 플레이트(8)가 구성되는 바,

상기 임팩터 플레이트(8)는 주면에 통공(8b)이 형성되고 돌출부(8a) 상면에 포집판(A)이 고정링(B)으로 고정착설된다.

그리고, 상기 1차 흡기실(7) 하측의 스테이지1(6) 상에는 상기 흡기구(4) 노즐(5)과 같은 내향 테이퍼면의 노즐(9)이 형성되고, 상기 노즐(9)은 상기 1차 흡기실(7)의 상부 스테이지1(6)과 하측 스테이지2(10) 사이의 2차흡기실(11)을 상호 연통 구성한다.

그리고, 상기 스테이지2(10)의 2차흡기실(11)의 임팩터 플레이트(12)상에도 통공(12b)을 형성하고 돌출부(12a)상에 포집판(A)을 고정링(B)으로 착설한다.

한편 상기 스테이지2(10)의 2차흡기실(11) 하측에는 필터(14)가 설치되는 필터 플레이트(13)를 결합하고 상기 필터 플레이트(13) 하단에는 흡출관(13a)을 형성하며, 상기 흡출관(13a)에는 흡입관(18)으로서 유량계(3) 및 진공펌프(2)측과 연결한다.

상기 각 스테이지1,2(6)(10)의 임팩터 플레이트(8)(12)상에 착설되는 포집판(A)은 주로 알루미늄 박지로 구성되는 바, 상기 포집판(A)은 등가의 여러 수단으로 실시 가능한 것이다.

상기 흡기구(4)와 스테이지1,2(6)(10) 및 필터 플레이트(13)로 구성되는 포집구(1)는 상부 고정커버(15)와 하부 고정커버(16)를 상호 고정바아(17,17')로서 체결하여 결합구성한다.

이상의 본 발명은 공기 중의 부유입자를 유동입자가 가지는 운동관성의 차이를 이용하여 입자를 크기별로 포집하여 전자현미경이나 에너지 스펙트럼 등으로서 입자의 크기 및 형태, 재질, 오염원 등을 측정, 파악하게 된다.

본 발명은 진공펌프(2)를 구동하여 포집구(1)의 흡기구(4)로부터 공기를 흡기하여 공기 중의 부유입자를 샘플링하게 된다.

상기 진공펌프(2)를 통하여 흡기구(4)로 흡입한 공기입자 중에서 스테이지1(6)의 포집판(A)에서는 10

이상 크기의 부유입자를 포집하고, 스테이지2(10)에서는 2.5

이상 크기의 부유입자를 포집하며, 필터(14)로서 필터링하게 된다.

상기 포집구(1)는 공기 중의 부유입자를 포집하여 분류하는 장치로서 진공펌프(2)의 흡인력으로 흡기구(4)로부터 흡입되는 입자의 포집작용은 공기흐름이 노즐(5)에서 굽어지면서 발생한다.

흡기구(4)로 부터 흡기되는 공기입자는 흡기구(4)의 노즐(5)을 통과하면서 노즐(5)하측에 수직으로 장착된 1차 흡기실(7)의 임팩터 플레이트(8) 상의 포집판(A)을 때리게 된다.

이 때, 공기의 유동은 층류이며, 노즐(5)안의 입자는 거의 일정한 속도로 가속된다.

노즐(5)을 벗어난 공기흐름은 포집판(A)에 의하여 90

꺽여 사방으로 퍼지게 된다.

이 때, 비교적 작은 입자는 관성이 작아 유선을 따라 움직이므로 포집판(A)에 부딪히지 않고, 상대적으로 큰 입자는 관성이 커서 유선을 따라 움직이지 못하고 임팩터 플레이트(8)의 포집판(A)에 부딪히데 되어 포집되는 것이다.

그리고, 상기 1차 흡기실(7)에서 운동관성에 의하여 1차 흡기실(7)의 임팩터 플레이트(8)의 포집판(A)에 포집되지 않은 비교적 작은 입자는 통공(8b)과 노즐(9)을 통하여 2차흡기실(11)로 흡입되어 전술한 작용과 동일한 작용으로 이의 임팩터 플레이트(12)상의 포집판(A)에 포집되고 나머지는 통공(12b)을 통하여 필터 플레이트(13)로 흡입되는 것으로서, 상기 2차흡기실(11)의 임팩터 플레이트(12)의 포집판(A)은 노즐(9)이 형성된 스테이지1(6)의 저면과의 간극, 즉 노즐(9)과 포집판(A)간의 간극(거리)(S)을 상기 1차 흡기실(11)의 포집판(A)과 흡기구(4)의 노즐(5)간의 간극(거리)(S)보다 협소하게 하여 공기입자의 흐름인 유선거리를 짧게 함으로써 상기 1차 흡기실(1)의 포집판(A)을 통과한 나머지 작은 입자들의 포집을 가능하게 하는 것이다.

이와 같이 1,2차 포집판(A)을 통과한 나머지 공기입자는 최종적으로 하부 필터(14)에서 필터링되고 진공펌프(2)의 흡인력에 의하여 흡출구(13a)를 통하여 진공펌프(2)와 연결된 유량계(3)를 통과하므로서 흡입량이 측정된다.

상기 임팩터를 설계하는 데에는 St(스톡스 수; 입자의 운동을 나타내는 특정 값), Re(레이놀즈 수; 난류, 층류를 구분하는 수)가 관련한다.

St는 입자의 포집효율에 관련하고, Re는 500에서 3000까지의 값으로 난류를 발생하지 않는 값이 되어야 한다.

이들 변수들과의 관계식을 이용해서 원하는 포집입자의 크기에 맞는 노즐(6)(9)의 직경과 노즐(5)(9)의 갯수를 선정할 수 있다.

이 때 이용되는 관계식은 다음과 같다.

상기 두 식을 이용하여 10

(스테이지1(6)에서 포집), 2.5

(스테이지2(10)에서 포집)에 맞는 노즐(5)(9) 갯수 n과 노즐(5)(9) 지름W를 구할 수 있다.

다음으로 노즐(5)(9)과 포집판(A) 사이의 간극(거리) S의 결정이다.

이는 임팩터의 효율곡선으로 둥근 노즐(5)(9)의 경우 간극(거리) S와 노즐(5)(9) 지름W의 비가 1 이상이 되면 포집입자 직경에 큰 영향을 미치지 않아 노즐(5)(9)과 포집판(A) 사이의 거리(S)를 노즐(5)(9) 직경의 수치와 같은 값으로 결정하였다.

이상과 같이 본 발명은 유동입자가 지닌 유동관성의 차이를 이용하여 스테이지1(6)에서 10

이상 크기의 부유입자를 포집하고, 스테이지2(10)에서 2.5

이상 크기의 부유입자를 분류, 포집하여 이를 전자현미경이나 에너지 스펙트럼 등으로 크기, 형태, 오염원 등을 분석할 수 있는 샘플링 장치를 제공하므로서 환경오염입자 제거를 위한 연구에 일익하게 되며, 2.5

이상 크기의 입자에 까지 연구범위를 확장시켜 주므로서 보다 개선된 환경관련연구를 가능하게 하는 것으로서, 환경오염 입자 연구에 지대한 효과를 기대할 수 있는 것이다.

본 발명은 공기 중의 부유입자를 포집하여 입자를 크기별로 분류할 수 있게 함으로써 부유입자의 분석, 측정 등이 가능하게 하는 환경오염입자 측정용 2단식 임팩터(Impactor)장치에 관한 것이다.

Claims

환경오염입자 측정용 2단식 임팩터장치를 구성함에 있어서, 공기 중의 부유입자를 크기에 따라 단계적으로 포집하는 포집구(1)와, 상기 포집구(1)에 흡인력을 제공하는 진공펌프(2)와, 상기 진공펌프(2)와 포집구(1) 간에 설치되어 흡입량을 측정토록 하는 통상의 유량계(3)로 구성되며, 상기 포집구(1)는 공기입자가 흡입되는 노즐(5)이 형성된 흡기구(4)와, 상기 흡기구(4) 하측에 결합되어 1차 흡기실(7)을 구성하는 스테이지1(6)과, 상기 스테이지1(6)과 1차 흡기실(7) 사이에 설치되며 포집판(A)이 착설되는 임팩터 플레이트(8)와, 상기 스테이지1(6)의 노즐(9)과 연통하는 2차흡기실(11)을 구성하며 상기 노즐(9) 하측방에 포집판(A)이 착설된 임팩터 플레이트(12)가 설치되는 스테이지2(10)와, 상기 스테이지2(10) 하측에 결합되고 필터(14)가 내설되며 일측에 진공펌프(2)의 흡입관(18)과 연결되는 흡출구(13a)를 구비한 필터 플레이트(13)로 구성된 것을 특징으로 하는 환경오염입자 측정용 2단식 임팩터장치.