KR100704587B1 - 분석 대상 물질의 분리 및 수집 - Google Patents

Abstract

입자 수반 가스 또는 증기로부터 미립자 물질을 분리하기 위한 사이클론 분리기로서, 상기 입자 수반 가스 또는 증기는 원통형 분리 챔버(10)에 주입되고, 입자는 수집을 위한 원통형 분리 챔버(10)의 벽(12)으로 원심력을 받고, 이 분리 챔버 벽(12)은 액체에 의하여 적셔져서 분리 챔버 벽(12)으로부터 원심 분리된 입자를 수집하는 데에 도움을 주며, 분리 챔버 벽(12)은 다공질 부분을 통과하여 도입되는 액체에 의하여 적셔져서, 분리 챔버 벽(12)을 더욱 균일하게 적시며, 따라서 종래의 방법에 의해 달성된 것보다 더 효율적으로 미립자를 수집하게 한다. 본 발명의 사이클론 분리기는 미립자 이 외에 가스 또는 증기 수반 증기를 분리 및 수집하기 위해 사용될 수도 있다. 본 발명에 따른 사이클론 분리기를 사용하여 가스 또는 수증기로 운반되는 물질을 분리, 수집, 탐지, 및/또는 분석하기 위한 기구가 설명된다.

Description

분석 대상 물질의 분리 및 수집{SEPARATION AND COLLECTION OF ANALYTE MATERIALS}

본 발명은 통상 가스 또는 증기에 수반되는 입자 형태의 물질을 분석하기 위해 이들 물질을 분리 및 수집하는 데에 사용되는 것과 같은 사이클론 분리기에 관한 것이다.

이러한 사이클론 분리기의 작동 원리는 입자 수반 가스나 증기, 일반적으로는 공기를 압력차에 의하여 실린더 챔버 내로 접선 방향으로 강제시키는 것을 포함한다. 입자들은 자체의 질량 때문에 챔버의 벽으로 원심력을 받고, 챔버의 바닥으로 떨어짐에 따라 수집되며, 배기 공기가 배기 포트를 통하여 챔버로부터 배출된다.

사이클론 분리기의 한 가지 변형예에 있어서, 액체, 통상적으로 물은 일반적으로 수집 챔버 외부에서만 입자 수반 유입 공기 흐름에 분무된다. 액적은 입자들과 함께 원심력을 받고, 수집된 입자를 챔버의 바닥으로 씻어 내며, 상기 챔버로부터 사용 및 분석용의 최종 용액 또는 현탁액을 추출할 수 있다. 이러한 변형예는 보통 "습윤벽" 사이클론("wetted-wall" cyclone)이라 불린다.

또한, 습윤벽 사이클론은 공기 수반 증기 형태의 유입 공기에 존재하는 분석 대상 물질을 수집하는 데에 사용될 수 있다.

입구 스프레이(inlet spray)와 함께 작동하는 공지의 습윤벽 사이클론은, 표면 장력 효과로 인하여, 사이클론 벽에 충돌하는 물이 표면에 균일하게 적셔지기 보다는 덩어리(clump) 및 스트림을 형성한다는 점에서 기능적인 비효율성을 갖게 되는데, 이는 벽 세척이 항상 일관되게 행해지지 않는다는 성질을 갖고, 수행되는 분리가 가변적 효율을 갖는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명의 하나의 목적은 개선된 구조의 습윤벽 사이클론 분리기를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 가지 양태에 따르면, 습윤벽 사이클론 분리기는 분리 챔버의 벽의 내면을 입구 스프레이 장치를 사용하는 경우보다 더 균일하게 적실 수 있게 하는 수단을 구비하고, 이에 의해서 유입 가스나 증기의 스트림에서 챔버로 도입되는 물질을 종전보다 더욱 일관성 있게 효과적으로 수집할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 분리 챔버의 전부 또는 일부는 다공질 재료로 구성된 벽을 포함하고, 개선된 시료 수집 효율 및 일관성을 달성하기 위하여 실린더의 내면을 균일하게 적실 수 있도록 액체가 상기 다공질 재료 부분을 강제로 통과하게 된다.

다공질 재료는 소결 재료 예를 들면, 세라믹 또는 소결 스테인레스강과 같은 금속일 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 가스나 증기에 수반되는 물질을 사이클론 분리기에 의해 분리하는 분리 방법에 관한 것으로, 이 사이클론 분리기의 내부 벽이 적셔지고, 도입 물질은 벽을 가로지르는 액체 흐름에 의하여 수집 및 운반되며, 액체는 분리기 벽을 가로질러 일정하게 흐르도록 분리기로 도입되어, 분리의 일관성과 효율을 개선시킨다.

벽이 적어도 부분적으로 다공질이기 때문에, 액체는 가압 상태로 분리기 벽을 통하여 도입될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 가스나 증기에 수반되는 물질의 분리, 수집 및 분석을 위한 기구를 제공하며, 이러한 기구는 본 발명에 따른 습윤벽 사이클론 분리기를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태는 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 사이클론 분리기 및 이러한 분리기를 합체한 기구에 대한 이하의 설명으로부터 명백해 질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 사이클론 분리기를 도시한다.

도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 사이클론 분리기를 포함하며, 공기에 수반되는 물질의 수집, 분리, 분석용 기구를 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 습윤벽 사이클론 분리기는 다공질 재료의 측벽(12)이 마련된 원통형 분리 챔버(10)를 구비하고, 측벽 자체는 그 측벽(12)의 둘레에서 물 자켓을 형성하는 밀봉 자켓(14)로 둘러싸여 있다. 상기 밀봉 자켓(14)에는 가압 상태의 물을 그 밀봉 자켓(14) 내로 도입하기 위한 물 파이프(16)가 마련되어 있다.

시료 공기, 예컨대 주변의 분위기 공기를 상기 원통형 분리 챔버(10)에 도입하기 위한 공기 입구(18)가 마련되어 있고, 상기 분리기 챔버에는 중앙의 축방향 배출 공기 출구(20)가 또한 마련되어 있다.

원통형 분리 챔버(10)의 하부는 수집기 파이프(24)로 종결되는 테이퍼진 원추형의 수집 영역(22) 위에 놓이는데, 상기 수집기 파이프를 통하여 벽 세척수 및 임의의 수집 미립자가 분리기로부터 제거된다.

사용 시에, 해당 미립자를 수반할 수 있는 시료 공기가 압력차에 의하여 공기 공기 입구(18)를 통하여 원통형 분리 챔버(10) 내로 주입된다.

물 파이프(16)를 통하여 밀봉 자켓(14) 내로 도입되는 가압 상태의 물은 원통형 분리 챔버(10)의 다공질인 측벽(12)을 통하여 강제되어 원통형 분리 챔버(10)의 다공질인 측벽(12)의 내면 위에 연속적이고 균일한 수막을 제공한다.

공기 입구(18)를 통하여 도입되는 공기에 수반된 미립자는 원통형 분리 챔버(10)의 측벽(12)으로 원심력을 받으며, 다공질인 측벽(12)을 통하여 가압 상태로 도입되고 그 내면을 가로질러 흐르는 연속적인 수막에 포집되어, 물과 함께 수집 영역(22) 내로 흐르고, 수집을 위하여 그리고 필요에 따라 분리 및 분석을 위하여 수집기 파이프(24)를 통하여 외부로 흐른다.

원통형 분리 챔버(10)의 다공질인 측벽(12)의 재료로는 소결 스테인레스강 등이 적합하지만, 세라믹과 같이 다공질이고 비활성인 다른 재료를 채용할 수도 있다.

다공질인 측벽(12)을 밀봉 자켓(14)으로 에워싸는 것에 의하여, 물 파이프(16)를 통하여 가압 상태로 도입된 물은 다공질인 측벽(12)을 강제로 통과하게 된다. 밀봉 자켓(14)의 물에 작용하는 압력이 지각할 수 있을 정도로 계속적으로 일정하게 유지되고 다공질인 측벽(12)이 제어된 공극률을 가질 때에는, 다공질인 측벽(12)의 내면에 연속적인 수막이 형성되어, 입자가 분리기 챔버의 측벽(12)의 내면에 충돌할 수 있는 모든 곳에서, 도입 공기 스트림으로부터 원심 분리된 입자를 포획하고 수집할 수 있게 된다.

종래 기술의 입구-스프레이 사이클론 분리기에 비하여, 본 발명의 시스템에 따른 습윤벽 사이클론 분리기는 분리기 챔버의 측벽(12)의 내면을 가로질러 흐르는 실질적으로 균일하고 연속적인 수막으로 인하여, 시료 수집 효율이 개선된다.

본 발명에 따른 사이클론 분리기의 또 다른 장점은, 증발을 통하여 공기 스트림으로, 그리고 액적으로서 손실되는 액체의 양이 입구-스프레이 분리기에서 발생되는 손실에 비하여 크게 감소된다는 것이다.

본 발명에 따른 습윤벽 사이클론 분리기에 의하여 제공되는 또 다른 장점은, 수집 액체를 냉동시킬 것으로 예상되는 온도에서 작동하는 경우에, 수집 액체가 냉동되는 것을 방지하기 위하여 필요한 에너지가 입구 스프레이 분리기에 비하여 작다는 것인데, 그 이유는 입구 스프레이 분리기에서와 같이 전체 조립체와 도입되는 분석 대상물 수반 공기 또는 다른 기체를 가열하는 대신에, 사이클론 벽, 물 자켓 또는 물 공급부만 가열되면 충분하기 때문이다.

이러한 에너지 절약은 충전 배터리와 같은 휴대용 전기 에너지원으로 작동되는 휴대용 기구의 경우에 특히 유용하다.

도 2에는 도 1과 관련하여 설명한 형태의 습윤벽 사이클론 분리기를 채용하는 공기 수반 미립자 수집 및 분석 기구가 도시되어 있다.

분위기 공기는 증기 또는 미립자 물질 형태의 임의의 공기 수반 분석물과 함께 공기 샘플러(100)에 의해 취출되어, 공기 입구(102)를 통하여 습윤벽 사이클론 분리기(106)의 분리기 챔버(104)로 이송된다. 분리기(106)로 도입되어 그 분리기를 통과하는 공기 흐름은 사이클론 분리기 챔버(104)의 공기 출구(110)에 결합된 공기 펌프(108)에 의해 발생된다.

라인(112)의 물은 펌프(118)에 의하여 분리기 챔버(104)의 다공질 벽(116)을 둘러싸는 밀봉된 물 챔버(114) 내로 펌핑되고, 다공질 벽(116)을 통과한 후에 다공질 벽(116)의 내면 위에 연속적이고 균일한 막을 형성한다.

배기 펌프(108)에 의하여 도입 공기의 사이클론 작용이 유도되고, 임의의 공기 수반 미립자 또는 증기는 다공질 벽(116)의 내면에 퇴적되어, 그 위로 흐르는 연속적인 수막에 포집된다.

물 및 포획된 분석 대상물은 중력 작용에 의해 인접 수집 영역(120)으로 흐르고, 수집기 파이프(122)를 통하여 시료 처리 수단(124) 및 시료 탐지 수단(126)으로 흐른다.

당업계에서 일반적으로 알려진 시료 처리 수단(124) 및 시료 탐지 수단(126)의 특성은 관심 대상 분석 물질의 성질에 의하여 결정되게 된다.

본 발명에 따른 분리기 및 이 분리기를 채용하는 기구를 설명하였지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이에 수정을 가할 수 있음은 명백하다.

예를 들면 공기에 수반된 미립자 물질을 수집하는 것과 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 공기에 수반되는 증기도 마찬가지로 분리기의 다공질 벽의 표면을 가로질러 흐르는 수막에 수집되어 포집될 수 있고 적절한 시료 처리 및 분석 수단으로 이송될 수 있다.

마찬가지로, 전술한 실시예에서는 벽을 덮고 시료를 수집하는 액체가 물이지만, 용도에 따라서는 다른 액체를 채용할 수도 있다. 이들 액체는 채택된 분석 대상물, 분석물 처리 수단, 그리고 탐지기에 적합한 수용액이나 기타 다른 액체일 수 있다.

소정의 조건에서, 본 발명에 따른 사이클론 분리기에는 입구 스프레이 장치가 마련될 수도 있으며, 이 경우에 도입 분석 대상물 수반 공기 또는 가스 흐름은 사이클론 분리기에 분무되는 물과 같은 액체이다.

Claims (14)

1. 입자 수반 가스나 증기로부터 미립자 물질을 분리하기 위한 사이클론 분리기로서,

   운전 시에, 입자 수반 가스가 원통형 분리 챔버 내로 주입되고, 상기 원통형 분리 챔버의 벽으로의 원심력을 받고, 수집을 위하여 그 원통형 분리 챔버의 바닥으로 낙하하며,

   상기 원통형 분리 챔버의 벽은, 그 원통형 분리 챔버의 벽으로부터 원심력을 받은 입자를 수집하는 것을 돕도록 액체에 의해 적셔지며,

   상기 원통형 분리 챔버의 벽의 전부 또는 일부는 다공질이고, 운전 시에 액체가 다공질 부분을 통과함으로써 적셔지는 것을 특징으로 하는 사이클론 분리기.
2. 제1항에 있어서, 상기 원통형 분리 챔버의 벽의 다공질 부분은 소결 재료인 것인 사이클론 분리기.
3. 제2항에 있어서, 상기 소결 재료는 세라믹인 것인 사이클론 분리기.
4. 제2항에 있어서, 상기 소결 재료는 금속인 것인 사이클론 분리기.
5. 제4항에 있어서, 상기 금속은 스테인레스강인 것인 사이클론 분리기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액체는 물인 것인 사이클론 분리기.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액체는 수용액인 것인 사이클론 분리기.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 입자는 증기 입자인 것인 사이클론 분리기.
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 원통형 분리 챔버 내에서 분리되기 전에, 도입되는 물질 수반 가스나 증기 내로 액체를 분무할 수 있는 입구 스프레이 수단을 더 포함하는 것인 사이클론 분리기.
10. 제9항에 있어서, 상기 액체는 물인 것인 사이클론 분리기.
11. 삭제
12. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 따른 사이클론 분리기를 포함하며, 가스 또는 증기 수반 물질의 분리, 수집, 탐지 및 분석 중 하나 이상을 실행하기 위한 기구.
13. 삭제
14. 가스 또는 증기에 수반되는 물질을 사이클론 분리기에 의해 분리하는 분리 방법으로서,

    사이클론 분리기의 원통형 분리 챔버의 내부 벽의 전부 또는 일부는 다공질이고, 상기 내부 벽은 다공질 부분을 통하여 도입되는 액체에 의하여 적셔지고, 분리된 물질이 원통형 분리 챔버의 내부 벽 위에서의 액체의 흐름에 의하여 수집되고 운반되는 것인 분리 방법.

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