KR101184272B1 - 자동 시료 포집 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기 시료의 무인 자동 포집 장치에 관 한 것으로서, 시료를 저장하는 다수개의 시료저장부와 상기 시료저장부에 선택적으로 시료가 분배되어 충진될 수 있도록 시료를 이송하는 이송라인 및 외부로부터 시료를 강제 흡입하여 상기 이송라인에 투입하는 시료투입부를 구비하여 상기 시료가 시료저장부에 순차적으로 자동 충진되도록 함으로써, 대기 환경(풍향, 풍속, 기온 , 습도 등)을 고려한 최적 조건의 시료를 원격 자동 포집 가능토록 하여 포집 비용의 절감과 포집 시간의 단축은 물론 최적 조건의 시료 포집을 통해 대기 분석의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 자동 시료 포집 장치에 관한 것이다.

Description

자동 시료 포집 장치{Automatic sample gas trap appratus}

본 발명은 대기 시료의 무인 자동 포집 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 시료를 저장할 수 있는 다수개의 시료저장부를 설치하고 상기 시료저장부에 대기 환경(풍향, 풍속, 기온 , 습도 등)을 고려한 최적 조건의 시료가 선택적으로 분배되어 충진되도록 함으로써, 시료 포집 비용과 시간을 절약함은 물론 최적 조건의 시료를 효과적으로 자동 포집할 수 있는 자동 시료 포집 장치에 관한 것이다.

대기는 지구를 둘러싸고 있는 기체(공기)를 의미하는 것으로서, 산소와 질소를 비롯하여 다양한 기체 성분으로 조성된 혼합 기체로 이루어져 있으며, 일반적으로 기후 변화 및 환경 변화의 중요한 분석 지표로 사용되고 있다.

따라서 대기는 환경 오염 및 지구 온난화 등의 문제를 야기하는 대기 오염의 정도를 분석하기 위하여 특정 지역별 또는 고도별로 포집되어 대기 오염 분석 자료로 사용되고 있다.

우리나라는 울릉도, 안면도, 제주도 등의 기상청 기후변화감지센터에서 대기 시료를 포집하여 분석용 시료로 사용하고 있다.

이러한 분석용 시료는 지역별, 고도별로 차이가 날뿐 아니라, 포집 시간이나 대기 환경(풍향, 풍속, 기온 , 습도 등)에 따라 서로 상이한 특성을 가지고 있기 때문에 분석 목적 등을 고려하여 특정 조건하에서 채취되어 지고 있다.

따라서 분석용 시료는 분석 목적을 고려한 특정 오염원의 효과적인 채취는 물론 분석의 신뢰성 향상을 위하여 특정 지역이나 고도에서 최적 조건하에서 포집하는 것이 무엇보다 중요하다.

그러나 종래의 시료 포집 장치는 실린더와 펌프 등을 이용하여 수동으로 시료를 포집해야될 뿐 아니라, 시료 분석 장치를 현장에 설치한 후, 전문 요원이 현장에 파견되어 시료 포집과 분석을 실시하였다.

따라서 상기와 같은 종래의 시료 포집 및 분석의 경우에는 대기 시료 포집 과정이 번거로울 뿐 아니라, 시료 채취의 효율성이 떨어지고, 또한 시료 포집과 분석에 많은 시간과 비용이 들게 되어 효율적인 대기 분석이 이루어질 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 첫째, 다수개의 시료저장부를 구비하여 시료가 특정 조건하에서 시료저장부에 순차적으로 자동 채취될 수 있게 함으로써, 시료 채취가 신속하고 용이할 뿐 아니라, 시료 채취의 효율성이 향상될 수 있게 하고, 둘째, 대기 환경(풍향, 풍속, 기온 , 습도 등)을 고려한 최적 조건의 시료를 원격으로 자동 포집 가능토록 하여 시료 포집의 시간과 비용을 절감할 수 있는 자동 시료 포집 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다수개의 시료저장부와, 상기 시료저장부에 시료를 각각 이송할 수 있게 다수개의 분배유로가 구비되는 이송라인과, 상기 시료저장부에 선택적으로 시료가 충진될 수 있도록 상기 분배유로를 개폐하는 개폐밸브와, 외부로부터 시료를 강제 흡입하여 상기 이송라인에 투입하는 시료투입부, 및 상기 시료저장부에 시료가 순차적으로 충진될 수 있도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

본 발명의 상기 이송라인은 상기 시료투입부와 연결되는 시료유입관 및 일단은 상기 시료유입관에 연통되도록 설치되며, 타단은 상기 각 시료저장부에 연결되는 다수개의 분배유로로 구성된다.

또한 상기 시료저장부는 상기 시료가 충진되는 실린더와 상기 실린더에 연결되는 주입부로 구성하되, 상기 주입부는 상기 분배유로와 퀵밸브로 연결되게 할 수 있다.

여기서 상기 주입부에는 설정압력 이상으로 시료 유입시 실린더 파손을 방지하기 위하여 릴리프밸브가 더 설치되는 것이 바람직하다.

한편 시료유입관에는 시료의 역류를 방지하는 체크밸브가 구비될 수 있다.

또한 상기 시료유입관에는 시료의 미세먼지를 제거하는 필터가 더 구비될 수 있다.

또 상기 개폐밸브는 전기엑츄에이터와 공압엑츄에이터가 서로 연동 작동되어 고압으로 시료저장부에 대기시료를 충진하여 장기간 보관하여도 포집된 시료가 외부로 누출되지 않도록 상기 분배유로를 개폐토록 하는 것이 바람직하다.

한편 상기 시료투입부는 시료를 강제 흡입하는 흡입펌프와 흡입된 시료의 수분을 제거하는 수분제거기로 구성된다.

이때 상기 수분제거기는 시료 내의 수분이 온도차에 의한 열교환에 의해 응축 배출되도록 할 수 있다.

또한 상기 제어부는 최적 시료의 조건에 대한 설정치를 선정하고, 상기 설정치가 자동 기상 관측시스템으로부터 전송되는 대기 조건과 일치할 때 상기 시료저장부에 시료가 충진되도록 제어한다.

또 상기 제어부는 컴퓨터 네트웍을 이용하여 원격지에서 제어가 가능하도록 할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다량의 시료를 다수개의 시료저장부에 간편하게 자동 포집할 수 있어 시료 채취의 효율성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 시료 포집 비용과 포집 시간을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있고, 또한 특정 대기 환경(풍향, 풍속, 기온 , 습도 등)을 고려한 최적 조건의 시료를 원격으로 자동 포집 가능하여 시료 분석의 신뢰성을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 자동 시료 포집 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 자동 시료 포집 장치의 일 실시예의 정면도,
도 3은 도 2의 평면도,
도 4는 본 발명의 자동 시료 포집 장치의 시료 포집 과정을 나타낸 흐름도이다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 자동 시료 포집 장치의 구성도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 자동 시료 포집 장치는 시료저장부(10), 이송라인(40), 개폐밸브(50), 시료투입부(60) 및 제어부(80)로 구성된다.

시료저장부(10)는 흡입된 대기 시료가 일정 시간 동안 저장되는 부분으로서, 내부에 일정 크기의 저장 공간이 확보된 실린더(11)와 주입부(15)로 구성된다.

실린더(11)는 스테인레스 스틸 소재의 원통 또는 사각통 등 다양한 용기 형태로 구비될 수 있으며, 휴대나 운반이 가능하도록 일측에 손잡이가 설치되는 것이 바람직하다.

한편 주입부(15)는 실린더(11) 상측부에 연결 설치되는 것으로서, 하기에서 설명하는 이송라인(40)의 분배유로(30)와 연결되며, 시료가 분배유로(30)로부터 실린더(11) 내로 주입될 수 있게 연결 통로 역할을 하는 것이다.

이때 주입부(15)의 단부에는 분배유로(30)와 간편하게 착탈 연결 가능하도록 퀵밸브(quick valve)(16)가 설치되는 것이 바람직하다.

퀵밸브(16)는 두 개의 유로를 원터치로 연결 또는 분리 가능도록 사용되는 일반적인 구조의 퀵밸브가 사용될 수 있다.

따라서 시료저장부(10)는 주입부(15)의 퀵밸브(16)를 통해 분배유로(30)와 간편하게 원터치 연결 또는 분리가 가능하게 되는 것이다.

즉, 주입부(15)와 분배유로(30)의 연결시에는 주입부(15)와 분배유로(30)가 퀵밸브(16)에 의해 자동으로 서로 연통되어 시료가 실린더(11) 내부로 이동 가능하게 되고, 또한 분리시에는 자동으로 주입부(15)와 분배유로(30)가 폐쇄되는 것이다.

따라서 시료저장부(10)는 실린더(11) 내부에 시료 충진이 완료되는 경우 간편하게 분리하여 교체하는 것이 가능하게 되는 것이다.

한편 시료저장부(10)의 주입부(15)에는 시료의 과충전으로 인한 안전사고 등을 방지하기 위하여 실린더(11) 내의 압력이 미리 설정된 한계 압력 이내로 유지될 수 있도록 릴리프밸브(relief valve)(12)가 설치되는 것이 바람직하다.

따라서 릴리프밸브(12)는 실린더(11) 내의 압력이 한계치 이상으로 상승하는 경우 시료를 외부로 자동 배출시킴으로써, 과충전 등으로 인한 실린더(11)의 파손 또는 손상을 방지하게 되는 것이다.

한편 시료저장부(10)는 도시된 바와 같이, 대기 환경(풍향, 풍속, 기온 , 습도 등)을 고려하여 특정 시간 또는 특정 조건하의 시료를 다수 확보하기 위하여 다수개가 배열 설치될 수 있을 것이다.

도 1에는 8개의 시료저장부(10)가 서로 마주보도록 병렬로 설치되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 시료 포집의 목적 등을 고려하여 시료저장부(10)의 개수는 가감될 수 있으며, 또한 다양한 형태로 배치될 수 있을 것이다.

한편 이송라인(40)은 각각의 시료저장부(10)에 시료를 이송시키기 위한 유로를 형성하는 것으로서, 시료유입관(20)과 분배유로(30)로 구성된다.

시료유입관(20)은 일단부가 시료투입부(60)와 연결되는 것으로서, 외부 대기 시료가 하기에서 설명하는 흡입펌프(65)에 의해 강제 유입되도록 유로를 형성하게 되며, 분배유로(30)는 시료유입관(20)에 유입된 시료가 각각의 시료저장부(10)에 주입될 수 있도록 시료유입관(20)과 시료저장부(10)의 주입부(15)를 연결시키게 되는 것이다.

또한 시료유입관(20)에는 미세 먼지를 제거할 수 있는 필터(21)가 설치될 수 있으며, 또한 시료가 시료저장부(10)의 실린더(11)에 충진되는 과정에서 역류하는 것을 방지하는 체크밸브(check valve)(25)가 설치되는 것이 바람직하다.

여기서 분배유로(30)는 시료유입관(20)을 따라 일정 간격으로 다수개가 분기되어 시료유입관(20)과 연통되도록 설치되며, 일단은 시료저장부(10)의 주입부(15)에 연결되고 타단은 시료유입관(20)에 연결된다.

또한 분배유로(30)에는 개폐밸브(50)가 설치된다.

개폐밸브(50)는 분배유로(30)를 개폐시키기 위한 것으로서, 각각의 분배유로(30)에 설치되며, 시료유입관(20)에 유입된 시료가 선택적으로 시료저장부(10)에 주입될 수 있게 분배유로(30)를 개방 또는 폐쇄시키는 역할을 하는 것이다.

이때 개폐밸브(50)는 전기엑츄에이터와 공압엑츄에이터로 구성될 수 있다.

전기엑츄에이터는 솔레노이드밸브(solenoid valve)가 사용될 수 있으며, 공압엑츄에이터는 에어 콤프레셔(air-compressure)(55)와 연결되며, 전기엑츄에이터와 공압엑츄에이터는 서로 연동 작동되도록 설치된다.

즉 솔레노이드밸브가 작동하면, 솔레노이드밸브와 연동되는 공압엑츄에이터가 작동하여 분배유로(30)를 개방 또는 차폐함으로써, 시료의 이동을 제어하게 되는 것이다.

따라서 공압엑츄에이터는 보다 강한 압력으로 분배유로(30)를 차폐함으로써 시료저장부(10)에 고압으로 충진된 시료가 다시 역류하여 누설되는 것을 방지하게 되는 것이다.

한편 시료유입관(20)의 단부에는 필요에 따라 시료를 외부로 배출시킬 수 있게 유로를 개폐할 수 있는 배출구(26)가 설치되고, 또한 이송라인(40)에 과부하가 발생되는 것을 방지하기 위하여 압력센서(27)와 배출밸브(28)가 설치될 수 있다

따라서 압력센서(27)와 배출밸브(28)는 이송라인(40) 내의 시료의 압력이 기준 압력을 초과하는 경우 이에 연동하여 시료유입관(20)의 유로를 개방시킴으로써 이송라인(40)을 적정 압력으로 유지시킬 수 있을 것이다.

한편 시료투입부(60)는 흡입펌프(65)와 수분제거기(61)로 구성된다.

흡입펌프(65)는 대기 시료를 강제 흡입하여 이송라인(40)에 투입하는 것으로서, 수분제거기(61)와 연결 설치된다.

따라서 흡입펌프(65)는 외부 대기 시료가 수분제거기(61)에 강제 유입된 후, 이송라인(40)을 경유하여 시료저장부(10)에 충진되도록 하는 것이다.

이때 흡입펌프(65)는 오일 오염이 없는 다이아프램 펌프(diaphram pump)가 사용되는 것이 바람직하다.

한편 수분제거기(61)는 외부로부터 유입되는 시료 내에 포함된 수분을 제거하는 제습기로서, 온도차(약 -80도)에 의한 열교환에 의해 시료 내의 수분을 흡착, 응축시켜 제거하는 통상적인 제습기가 사용될 수 있을 것이다.

한편 제어부(80)는 전체 시스템을 제어하는 것으로서, 대기 시료가 시료저장부(10)의 실린더(11)에 적정 압력으로 순차적으로 또는 선택적으로 충진될 수 있도록 수분제거기(61)와 흡입펌프(65) 및 이송라인(40)의 유로를 제어하게 되는 것이다.

여기서 제어부(80)는 대기 환경을 고려한 최적 시료의 조건에 대한 기준치를 선정하고, 상기 기준치가 자동 기상 관측시스템(AWS:Automatic Weather System)으로부터 전송되는 대기 특성과 비교하여 일치할 때 시료가 자동 포집되도록 할 수 있다.

또한 제어부(80)는 컴퓨터 네트웍을 이용하여 원격지에서 수동 또는 자동으로 시스템을 제어함으로써, 최적 조건의 시료를 실린더(11)에 원격으로 자동 충진시킬 수 있을 것이다.

이하 도 2와 도 3을 참조하여 본 발명의 자동 시료 포집 장치의 일 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 자동 시료 포집 장치의 일 실시예의 정면도를 나타낸 것이고, 도 3은 도 2의 평면도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 자동 시료 포집 장치의 제어부(80)는 메인프레임(200)의 일측부에 설치되고, 시료저장부(10)와 이송라인(40)은 실린더(11)의 교체가 용이하도록 메인프레임(200)의 상측부에 설치될 수 있다.

이때 시료저장부(10)의 실린더(11)는 서로 마주보도록 일정 간격으로 다수개가 배치되어 기립 설치되며, 이송라인(40)의 시료유입관(20)은 중앙부에 위치하여 분배유로(30)를 통해 각 실린더(11)의 주입부(15)와 연결되는 것이다.

또한 각 분배유로(30)에는 전기엑츄에이터와 공압엑츄에이터가 서로 연동 작동하도록 개폐밸브(50)가 설치된다.

한편 흡입펌프(65)와 수분제거기(61) 및 공압엑츄에이터의 에어 콤프레셔(55)는 메인프레임(200) 하측부에 설치되고, 흡입펌프(65)는 이송라인(40)의 시료유입관(20)과 연결되는 것이다.

따라서 시료는 흡입펌프(65)의 작동에 의해 화살표(300)와 같이 수분제거기(61)로 유입된 후 시료유입관(20)을 경유하여 각 실린더(11)로 이동하게 되는 것이다.

이하 도 4를 참조하여 시료 충진 과정을 설명한다.

도 4는 시료 충진 과정을 나타낸 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 먼저 제어부(80)는 자동 기상 관측시스템(AWS:Automatic Weather System)으로부터 대기 환경(풍향, 풍속, 기온 , 습도 등)에 대한 조건을 전송받아 이를 시료 포집이 필요한 환경 기준치와 비교한 후, 이 데이터가 일치하면 흡입펌프를 작동시킨다(S10).

흡입펌프(65)가 작동(S10)되면 대기 시료는 수분제거기(61)로 강제 유입되어(S20) 제습 과정을 거쳐 내부에 포함된 수분이 제거된다(S30).

제습이 완료된 시료는 이송라인(40)의 시료유입관(20)으로 유입되고, 시료유입관(20)에 설치된 필터(21)를 통과하면서 필터링(S40)되어 내부에 포함된 미세 먼지 등의 오염 물질이 제거된다.

이때 제어부(80)는 첫번째 실린더(11)와 연결된 분배유로(30)의 개폐밸브(50)만을 작동시켜(S50) 분배유로(30)를 선택적으로 개방시킨다.

즉 제어부(80)는 개폐밸브(50)의 전기엑츄에이터와 공압엑츄에이터를 작동시켜 하나의 분배유로(30)만을 개방시킴으로써, 시료유입관(20)에 유입된 시료가 하나의 시료저장부(10)에 선택적으로 충진(S60)되도록 하는 것이다.

한편 이 과정에서 실린더(11) 클리닝을 위하여 고압으로 실런더(11)에 대기시료를 충진시키고 순간적으로 외부 배출용 개폐밸브(28)을 개방시킴으로써, 실린더(11) 내부의 오염 물질을 외부로 배출시킬 수 있으며, 이 과정을 3회 이상 반복한 후 시료를 충진한다.

첫번째 실린더(11)에 시료 충진이 완료되면, 제어부(80)는 첫번째 실린더(11)와 연결된 분배유로(30)를 패쇄(S70)시키게 되고, 두 번째 실린더(11)와 연결된 분배유로(30)의 개폐밸브(50)를 작동시켜 또 다른 시료저장부(10)에 시료를 순차적으로 충진시키게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 시료가 충진될 수 있는 다수개의 실린더(11)를 설치하고, 시료가 특정 대기 환경 조건하에서 실린더(11)에 순차적으로 자동 포집될 수 있게 함으로써, 시료 포집이 신속하고 용이할 뿐 아니라, 시료 포집의 효율성이 현저히 향상될 수 있으며, 또한 대기 환경(풍향, 풍속, 기온 , 습도 등)을 고려한 최적 조건의 시료를 원격으로 자동 포집하는 것이 가능하여 시료 포집의 시간과 비용을 절감할 수 있게 되는 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 시료저장부 11 : 실린더
12 : 릴리프밸브 15 : 주입부
16 : 퀵밸브 20 : 시료유입관
21 : 필터 25 : 체크밸브
26 : 배출구 27 : 압력센서
28 : 배출밸브 30 : 분배유로
40 : 이송라인 50 : 개폐밸브
55 : 에어 콤프레셔 60 : 시료투입부
61 : 수분제거기 65 : 흡입펌프
80 : 제어부 100 : 자동 기상 관측시스템
200 : 메인프레임 300 : 화살표

Claims (11)

1. 다수개의 시료저장부(10);
   상기 시료저장부(10)에 시료를 각각 이송할 수 있게 분배유로(30)가 구비된 이송라인(40);
   상기 시료저장부(10)에 선택적으로 시료가 충진될 수 있도록 상기 분배유로(30)를 개폐하는 개폐밸브(50);
   외부로부터 시료를 강제 흡입하여 상기 이송라인(40)에 투입하는 시료투입부(60); 및
   상기 시료저장부(10)에 시료가 순차적으로 충진될 수 있도록 제어하는 제어부(80); 를 포함하여 구성하되,
   상기 개폐밸브(50)는 전기엑츄에이터와 공압엑츄에이터가 서로 연동 작동되어 고압으로 시료저장부(10)에 대기시료를 충진하여 장기간 보관하여도 포집된 시료가 외부로 누출되지 않도록 상기 분배유로(30)를 개폐할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 자동 시료 포집 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 이송라인(40)은,
   상기 시료투입부(60)와 연결되는 시료유입관(20); 및
   일단은 상기 시료유입관(20)에 연통되도록 설치되며, 타단은 상기 각 시료저장부(10)에 연결되는 다수개의 분배유로(30);
   로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 시료 포집 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 시료저장부(10)는,
   상기 시료가 충진되는 실린더(11)와 상기 실린더(11)에 연결되는 주입부(15)로 구성하되, 상기 주입부(15)는 상기 분배유로(30)와 퀵밸브(16)로 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 시료 포집 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 주입부(15)에는 적정 압력을 유지할 수 있으며, 기준압력 이상이 유입시 자동 배출되어 실린더(11)를 초과압력에서 보호할 수 있도록 하는 릴리프밸브(12)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 자동 시료 포집 장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 시료유입관(20)에는 시료의 역류를 방지하는 체크밸브(25)가 구비되는 것을 특징으로 하는 자동 시료 포집 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 시료유입관(20)에는 시료의 미세먼지를 제거하는 필터(21)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 자동 시료 포집 장치.
7. 삭제
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시료투입부(60)는 시료를 강제 흡입하는 흡입펌프(65)와 흡입된 시료의 수분을 제거하는 수분제거기(61)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 시료 포집 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 수분제거기(61)는 시료 내의 수분이 온도차에 의한 열교환에 의해 응축 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 자동 시료 포집 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부(80)는 최적 시료의 조건에 대한 설정치를 선정하고, 상기 설정치가 자동 기상 관측시스템(100)으로부터 전송되는 대기 조건과 일치할 때 상기 시료저장부(10)에 시료를 충진시키는 것을 특징으로 하는 자동 시료 포집 장치.
11. 제8항에 있어서,
    상기 제어부(80)는 컴퓨터 네트웍을 이용하여 원격지에서 제어할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 자동 시료 포집 장치.

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