KR100308920B1 - 대기중 미세부유분진 측정기용 도입부 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대기중에 부유하는 분진가운데 인체에 유해한 2.5 ㎛ 이하의 분진만을 선별하여 측정하는 부유분진 측정기용 도입부에 관한 것이다.
10 ㎛ 이하의 분진을 수집하여 대기의 오염도를 측정하는 본 발명자의 특허원 97-46205호를 2.5 ㎛ 이하의 분진을 수집할 수 있도록 구조를 변화시킨 것이다.
본 발명은 상부캡(10)과 도입부상부(20), 도입부하부(30)가 수직상으로 결합된 구성과, 상부캡(10)의 둘레에는 하향의 공기유입구(11)가 형성되고 중앙부에 원통형 방충망(12)이 결합되는 구성, 도입부상부(20)의 중앙부에는 홉퍼형의 수렴공간부(21)와 가속노즐(22)이 형성된 구성, 그리고 도입부하부(30)의 상부에는 선별공간부(31)가 형성되며 그 아래에 큰 입자포집트랩(33)이 현가되고 하부에 작은입자 흡입구(35)가 형성되고 가속노즐(22)의 직경을 3.2 mm, 가속노즐(22)과 큰입자 포집트랩(33)사이의 거리는 3.6 mm, 큰입자 포집트랩의 직경을 8.55 mm로 하되 허용오차를 ±0.5 mm로 함을 특징으로 한다.
본 발명의 부유분진 측정기용 도입부는 부유분진 측정기(분석기)의 공기흡입관에 장착되어 사용한다.

Description

대기중 미세부유분진 측정기용 도입부{Inlet for Fine Particle Measuring Instrument in the Air}
본 발명은 대기중에 부유하며 인체에 가장 해로운 2.5 ㎛ 이하의 대기중 부유분진 측정기용 도입부(inlet) 에 관한 것이다.
대기중에 존재하는 입자상의 부유분진 가운데 미세분진을 분리하여 미세분진의 양을 측정하는 것은 반도체 산업이나 의약산업, 군사적 목적뿐만 아니라 인체의 유해성 규명에 있어서도 매우 중요하다.
우리나라에서는 대기중에 존재하는 입자상의 물질을 총 부유분진으로 규제해 왔으나 1994년 12월 대기의 환경오염기준을 PM10기준으로 변경하였다. 그후 부유분진의 유해성 규명에 대한 연구가 진행되면서 PM2.5가 인간의 건강에 보다 밀접한 관계가 있음이 밝혀졌고, 이에 미국의 경우 1997년 7월 PM10기준과 더불어 PM2.5기준을 신설하여 대기중 입자상 물질을 규제해 오고 있다. 우리나라의 대기환경 기준도 세계적 추세에 맞추어 PM2.5기준이 신설 될 것으로 예상된다.
대기중의 분진은 화산의 폭발이나 산불 등으로 인하여 자연적으로 발생하기도 하고 자동차나 공장에서 연료 연소후 발생하는 배출가스에 의하여 배출되기도 하는데 대기중에 부유하는 분진 가운데 인체에 가장 유해한 크기는 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛ 정도이다. 이러한 크기의 분진을 장시간 인간이 흡입하였을 경우 만성천식과 같은 호흡기 질환과 심장질환, 폐암 등에 걸릴 수 있는 위험이 높아진다.
대기오염문제는 과거 뮤즈계곡사건, 런던의 스모그나 로스엔젤리스의 스모그 사건 등에 비추어 볼 때 단시간에 많은 사람에게 피해를 유발하기 때문에 오염원 관리와 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 2.5 ??m 이하의 입자를 채취하기 위한 장비는 매우 고가이며 우리나라의 경우 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다.
본 발명은 부유분진 측정의 정확도가 높으며 저가로 공급될 수 있는 2.5 ㎛ 이하의 부유분진 측정기용 도입부를 제공하기 위한 것이다.
대기중의 부유분진 가운데 인체에 유해성이 높은 2.5 ㎛ 이하의 미세한 분진의 양을 측정하기 위해서는 2.5 ㎛ 이상의 비교적 입도가 큰 분진을 선별해야 하고 이러한 선별작업이 효과적으로 이루어진다면 보다 정확한 대기오염을 측정할 수 있을 것이다. 본 발명은 부유분진의 입자크기에 따라 서로 다른 관성력 차이를 이용하여 2.5 ㎛ 이상의 부유분진을 선별하는 장치를 제공하고자 한다.
도 1 은 본 발명의 일부절개 분리사시도
도 2 는 본 발명의 종단면도
도 3은 가속노즐과 입자포집트랩사이의 거리가 5.4mm이고 가속노즐의 직경이 4.5mm인 도입부를 사용할 때 풍속 2km/hr, 24km/hr에서 미세분진 포집시성능평가 그래프
도 4는 가속노즐과 입자포집트랩사이의 거리가 3.6mm이고 가속노즐의 직경이 4.5mm인 도입부를 사용할 때 풍속 2km/hr, 24km/hr에서 미세분진 포집시 성능평가 그래프
도 5는 가속노즐과 입자포집트랩사이의 거리가 1.8mm이고 가속노즐의 직경이 4.5mm인 도입부를 사용할 때 풍속 2km/hr, 24km/hr에서 미세분진 포집시 성능평가 그래프
도 6은 가속노즐과 입자포집트랩사이의 거리가 3.6mm이고 가속노즐의 직경이 2.5mm인 도입부를 사용할 때 풍속 2km/hr, 24km/hr에서 미세분진 포집시 성능평가 그래프
도 7은 가속노즐과 입자포집트랩사이의 거리가 3.6mm이고 가속노즐의 직경이 3.2mm인 도입부를 사용할 때 풍속 2km/hr, 24km/hr에서 미세분진 포집시 성능평가 그래프
도 8은 가속노즐과 입자포집트랩사이의 거리가 3.6mm이고 가속노즐의 직경이 3.8mm인 도입부를 사용할 때 풍속 2km/hr, 24km/hr에서 미세분진 포집시 성능평가 그래프
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10: 상부캡 11: 공기유입구
12: 방충망 20: 도입부상부
21: 수렴공간부 22: 가속노즐
30: 도입부하부 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 도입부상부(20), 도입부하부(30)로 구성된다.
상부캡(10)은 둘레에 하향의 공기유입구(11)가 형성되고 중앙부에 방충망 (12)이 결합되어 있다. 상부캡(10)의 방충망(12) 하단이 안착되어 나사로 고정되는 도입부상부(20)는 중앙부에 홉퍼형의 수렴공간부(21)가 있고 그 하단에는 가속노즐 (22)이 형성되어 있다. 도입부상부(20)와 수직으로 나사결합되는 도입부하부(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 손상시킬 수 있다. 또한 방충망(12)은 간혹 발생할 수 있는 곤충들의 침입을 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 핵심은 도입부상부(20)의 가속노즐(22)과 도입부하부(30)의 큰입자 포집트랩(33)의 유기적 구성에 있다. 2.5 ㎛ 이하 입자의 선별은 이 부분에서 이루어지는데 도 2에서 나타낸 바와 같이 상부캡(10)의 공기유입부(11)로 통하여 유입된 공기는 수렴공간부(21)를 거치면서 점차 유속이 빨라져 가속노즐(22)을 통과하면 충분한 가속이 이루어진다. 가속된 공기는 선별공간부(31)에서 흐름이 확산되는데 이때 입도가 큰입자들은 질량이 크므로 입도가 작은입자들보다 상대적으로 큰 관성을 가지게 되어 하방으로 직진하여 큰입자 포집트랩(33)에 포집되고 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(Stocks 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.
가속노즐(22)의 직경크기를 결정하는 스톡스수는 임팩터 충돌판에 입자의 충돌정도, 임팩터포집노즐에 입자가 포집되는 정도, 입자가 유선(Streamline) 에 따르는지의 여부가 중요한 변수가 된다.
한편 입자포집트랩의 직경(Do)은 8.55mm로, 입자포집트랩의 깊이는 35.3mm로 고정하고 가속노즐 직경(D)과 가속노즐과 입자포집트랩 사이 거리(S)를 변화시키면서 입자포집수율(%) 실험을 하였다. 가속노즐 직경(D), 가속노즐과 입자포집트랩사이의 거리(S), 가속노즐과 입자포집트랙의 거리를 가속노즐직경으로 나눈 값(S/D), 입자포집트랩의 직경을 가속노즐의 직경으로 나눈 값(Do/D)을 아래의 표 1에 정리하여 나타내었으며 각각의 경우에 대해 풍속 2Km/hr, 24Km/hr에서 풍동실험을 하고 그 성능평가 그래프를 각각 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8에 나타내었다. 입자포집수율(%)은 어느 한 수치로 표현하기가 힘들기 때문에 미국 EPA (Environmental Protection Agency) 에서 요구하는 포집수율과 어느 정도 일치하면 결과를 좋다고 말할 수 있다. 이런 점에서 도 7에서 나타내는 그래프 즉 가속노즐직경이 3.2mm, 가속노즐과 입자포집트랩사이의 거리가 3.6mm일 때 본 발명에 의한 대기중 부유분진 측정기용 도입부의 성능이 가장 좋음을 알 수 있다.
상기의 풍동실험을 하고 그 성능결과를 나타낸 도 7에서 알 수 있는 것처럼 본 발명의 부유분진 측정기용 도입부의 입자포집트랩 직경을 8.55mm로, 입자포집트랩의 깊이는 35.3mm, 가속노즐 직경이 3.2mm, 가속노즐과 입자포집트랩 사이 거리가 3.6mm 일 때 가장 좋은 입자포집수율이 좋았다.

Claims (1)

  1. 상부캡(10)과 도입부상부(20), 도입부하부(30)가 수직상으로 결합되는 구성과, 상부캡(10)의 둘레에는 하향의 공기유입구(11)가 형성되고 중앙부에 원통형 방충망(12)이 결합되는 구성, 도입부상부(20)의 중앙부에는 홉퍼형의 수렴공간부(21)와 가속노즐(22)이 형성된 구성, 그리고 도입부하부(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 도입부에 있어서, 가속노즐(22)의 직경은 3.2mm 이고 가속노즐(22)과 큰입자 포집트랩(33)사이의 거리는 3.6mm, 큰입자 포집트랩(33)의 직경은 8.55mm 크기로 하되 허용오차는 ± 0.5mm 인 것을 특징으로 하는 대기중 부유분진 측정기용 도입부.
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