KR100237138B1 - 대기중 부유분진 측정기용 도입부 - Google Patents
대기중 부유분진 측정기용 도입부 Download PDFInfo
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Abstract
대기중에 부유하는 분진가운데 인체에 유해한 10㎛ 이하의 분진만을 선별하여 측정하는 부유분진 측정기용 도입부에 관한 것이다.
정교하고 고가인 측정기를 대체하고 측정치의 정확도를 높힐 수 있는 저가의 측정기를 제공하는데 기여할 수 있는 도입부의 제공을 목적으로 한다.
상부캡(10)과 하우징상부(20), 하우징하부(30)가 수직상으로 결합된 구성과, 상부캡(10)의 둘레에는 하향의 공기유입구(11)가 형성되고 중앙부에 원통형 방충망(12)이 결합되는 구성, 하우징항부(20)의 중앙부에는 홉퍼형의 수렴공간부(2 1)와 가속노즐(22)이 형성된 구성, 그리고 하우징하부(30)의 상부에는 선별공간부( 31)가 형성되며 그 아래에 큰 입자포집트랩(33)이 현가되고 하부에 작은입자 흡입구(35)가 형성된 구성을 특징으로 한다.
가속노즐(22)의 직경, 가속노즐(22)과 큰입자 포집트랩(33)사이의 거리, 큰입자포집트랩의 직경등이 최적효율을 거둘 수 있는 수치로 한정되어 있다.
부유분진 측정기(분석기)의 공기흡입관에 장착된다.
Description
본 발명은 대기중에 부유하는 분진량을 측정하는 대기중 부유분진 측정기용 도입부(inlet)에 관한 것이다.
대기중에 존재하는 입자상의 부유분진 가운데 10㎛ 이하의 미세분진을 분리하여 미세분진의 양을 측정하는 것은 반도체 산업이나 의약산업, 군사적 목적뿐만 아니라 인체에 유해성 규명에 있어서 매우 중요하다.
우리나라에서는 대기중에 존재하는 입자상의 물질을 총 부유분진으로 규제해 왔으나 최근 세계적인 추세에 맞추어 대기의 환경오염기준을 PM10기준으로 변경하였다.
대기중에 분진은 화산의 폭발이나 산불 등으로 인하여 자연적으로 발생하기도하고 자동차나 공장에서 연소되는 연료에 의하여 배출되기도 한다. 대기중에 부유하는 분진의 크기는 0.01㎛ 내지 10㎛ 정도이다. 이러한 크기의 분진을 장시간 흡입하였을 경우 인간은 만성천식 등 호흡기 질환과 심장질환, 폐암 등에 걸릴 수 있는 위험이 높아진다.
우리나라의 대기줄 환경기준 가운데 입자상 물질에 대한 기준이 기존의 총 부유분진 (total suspended particles)에서 PM10의 기준 즉, 연평균 80㎍/㎥, 일평균 150㎍/㎥ 로 바뀌게된 이유가 바로 인체에 대한 유해성 때문이다.
대기오염문제는 과거 뮤즈계곡사건, 런던의 스모그나 로스엔젤리스의 스모그사건 등에 비추어 볼 때 단시간에 많은 사람에게 피해를 유발하기 때문에 오염원관리와 아울러 부유분진에 대한 정확한 측정이 절실하다.
대기오염이 급증하고 있는 국가에서는 대기오염에 깊은 관심을 가지고 대기중의 부유분진을 정확히 측정할 수 있는 장비를 개발하기 위하여 부단한 노력을 기울이고 있다. 그러나 10㎛ 이하의 입자를 채취하기 위한 장비는 매우 고가이며 따라서 널리 보급되기 어려운 실정이다.
본 발명은 부유분진 측정의 정확도가 높으며 저가로 공급될 수 있는 부유분진 측정기용 도입부를 제공하기 위한 것이다.
대기중의 부유분진 가운데 인체에 유해성이 높은 10㎛ 이하의 미세한 분진의 양을 측정하기 위해서는 10㎛ 이상의 비교적 입도가 큰 분진을 선별해야 하고 이러한 선별작업이 효과적으로 이루어 진다면 보다 정확한 대기오염을 측정할 수 있을 것이다.
본 발명은 부유분진의 입자크기에 따라 서로 다른 관성력 차이를 이용하여 10㎛ 이상의 부유분진을 선별하는 장치를 제공하는데 주안을 두고 있다.
제1도는 본 발명의 일부절개 분리사시도.
제2도는 본 발명의 종단면도.
제3도는 성능평가 도표이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 상부캡 11 : 공기유입구
12 : 방충망 20 : 하우징상부
21 : 수렴공간부 22 : 가속노즐
30 : 하우징하부 31 : 선별공간부
32 : 브라켓 33 : 큰입자 포집트랩
35 : 작은입자 흡입구
본 발명의 구성을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 대기중 부유분진 측정기의 공기흡입구에 장착되는 도입부(inlet) 로서 상부캡(10)과 하우징상부(20), 하우징하부(30)로 구성된다.
상부캡(10)은 둘레에 하향의 공기유입구(11)가 형성되고 중앙부에 방충망(1 2)이 결합되어 있다. 상부캡(10)의 방충망(12)하단이 안착되어 나사고정되는 하우징상부(20)는 중앙부에 홉퍼형의 수렴공간부(21)가 있고 그 하단에는 가속노즐(22)이 형성되어 있다.
하우징상부(20)와 수직으로 나사결합되는 하우징하부(30)는 상부에 선별공간부(31)가 형성되어 있고 중앙에 브라켓(32)으로 큰입자 포집트랩(33)이 현가되어 있으며, 하단부는 수렴되어 작은입자 흡입구(35)가 형성되어 있다.
상부캡(10)은 비나 눈 등의 기상조건으로부터 도입부를 보호하기 위한 구조로 설계되어 있는 바, 비나 눈이 도입부의 내부로 유입되면 부식이나 침수로 인하여 측정치에 오차가 발생하게 되고 도입부와 연결된 분석기(측정기)를 손상시킬수 있다. 또한 방충망(12)은 간혹 발생할 수 있는 곤충들의 침입을 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 핵심은 하우징상부(20)의 가속노즐(22)과 하우징하부(30)의 큰입자 포집트랩(33)의 유기적 구성에 있다. 10㎛ 이하의 입자의 선별은 이 부분에서 이루어지는데, 본 발명의 도입부(inlet)의 하단부가 연결되는 측정장치 본체(도면에는 표시하고 있지는 않음)에 설치된 진공펌프에 의하여 제2도에서 나타낸 바와 같이 상부캡(10)의 공기유입구(11)를 통하여 유입된 공기는 수렴공간부(21)를 거치면서 점차 유속이 빨라져 가속노즐(22)을 통과하면 충분한 가속이 이루어진다.
가속된 공기는 선별공간부(31)에서 흐름이 확산되는데 입도가 큰입자들은 질량이 크므로 입도가 작은입자들보다 상대적으로 큰 관성을 가지게 되어 하방으로 직진하여 큰입자 포집트랩(33)에 포집되어 입도가 작은입자들은 주위로 회절되어 작은입자 흡입구(35)를 통과하여 분석기의 필터(도시되어 있지 아니함)에 포집된다.
이러한 선별포집기능은 가속노즐(22)의 직경크기에 좌우되는데, 가속노즐직경의 크기는 스톡스수(Stokes number) 라는 식으로부터 계산될 수 있다.
또한 가속노즐(22)과 큰입자 포집트랩(33)사이의 거리, 큰입자 포집트랩(33)의 직경크기도 입자의 분리에 중요한 변수로 작용한다.
50% 분리입경은 총 입자수의 50%가 선별되는 입자의 크기를 말하는데 본 발명은 50% 분리입경이 10㎛ 으로서 10㎛ 이하의 입자를 포집하기 위한 도입부이므로 입자역학의 원리를 적용하여 가속노즐(22)의 직경을 11.2㎜ 로 정하였으며, 가속노즐(22)과 큰입자 포집트랩(33)사이의 거리는 이론적인 계산이 불가능하지만 여러 가지 거리로 실험을 거친 끝에 16.8㎜ 가 최적의 효율을 가지는 거리임을 찾아 내게된 것이다.
큰입자 포집트랩(33)의 직경 또한 10㎛ 이상의 입도를 가진 입자를 포집하는데 최적의 수율을 가지는 크기로 21.3㎜를 택하게 되었다.
본 발명은 성능평가의 결과는 제3도에 나타내었다.
본 발명의 도입부로 부유분진량을 측정한 결과 도표는 입자의 크기를 횡축으로 하고 입자의 통과율(effectiveness, %)를 종축으로 한다.
퐁동실험으로 외부의 풍속2Km/hr 와 8Km/hr은 분진측정이 가능한 풍속으로서 외부대기조건을 대표할 수 있는 수치이다.
도표에서 알 수 있듯이 입자의 크기가 10㎛일 때 입자통과율은 약 50%이다. 이론상으로는 입경이 10㎛ 미만일 때 예컨데, 7㎛ 이나 9㎛ 일 때 입자의 통과율이 100% 이고, 입경이 10㎛를 초과할 때 예컨데, 11㎛ 이나 15㎛ 일 때 입자통과율이 0%이지만 실제로는 입자의 모양이 구형만 존재하는 것이 아니고 다양한 형태이고 도입부 벽면에서 생기는 입자손실등 여러 가지 이유로 인하여 이상적인 결과가 나오지 않는다. 다만 10㎛에서 입자통과율이 50%를 나타내고 어느정도 그래프의 곡선이 이상적인 형태와 접근하면 만족할 만한 결과로 평가될 수 있다.
따라서 제3도의 도표는 매우 양호한 결과라고 평가되며 본 발명의 도입부는 10㎛ 이하의 입자를 효과적으로 선별분리하고 있는 것이다.
Claims (2)
- 상부캡(10)과 하우징상부(20), 하우징하부(30)가 수직상으로 결합되는 구성과, 상부캡(10)의 둘레에는 하향 공기유입구(11)가 형성되고 중앙부에 원통형 방충 망(12)이 결합되는 구성, 하우징상부(20)의 중앙부에는 홉퍼형의 수렴공간부(2 1)와 가속노즐(22)이 형성된 구성, 그리고 하우징하부(30)의 상부에는 선별공간부 (31)가 형성되며 그 아래에 큰 입자포집트랩(33)이 현가되고 하부에 작은입자 흡입구(35)가 형성된 구성을 특징으로 하는 대기중 부유분진 측정기용 도입부.
- 제1항에 있어서, 가속노즐(22)의 직경은 11.2㎜ 이고 가속노즐(22)과 큰입자 포집트랩(33)사이의 거리는 16.8㎜, 큰입자 포집트랩(33)의 직경은 21.3㎜ 크기인 것을 특징으로 하는 대기중 부유분진 측정기용 도입부.
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