KR101290843B1

KR101290843B1 - 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치 및 계측 방법

Info

Publication number: KR101290843B1
Application number: KR1020117022741A
Authority: KR
Inventors: 노부아끼 이또오
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2013-07-29
Also published as: ES2701698T3; JP4870243B2; JPWO2010113520A1; US20120031200A1; BRPI1012667B1; CN102369426B; US8578788B2; EP2416143A4; WO2010113520A1; EP2416143B1; EP2416143A1; CN102369426A; KR20110132411A; BRPI1012667A2

Abstract

이 대기중의 강하 매진의 수평 유속을 연속적으로 계측하는 장치는, 천판, 측벽 및 4매 이상의 구획판을 갖는 매진 채취구와, 흡기관과, 단위 시간당 매진량을 연속적으로 계측하는 연속식 매진량 계측 장치와, 블로워 또는 압축기와, 배기구를 구비하고, 상기 측벽은 연직 방향의 중심축을 갖고, 상방을 향하여 넓어지는 본질적으로 원뿔대 또는 다각형뿔대의 측면의 형상을 갖는 판이고, 상기 측벽은 그 하단부에 상기 흡기관과 접속되는 흡기구와, 그 상단부 근방의 일정한 높이에 상기 측벽의 둘레 방향에 일정 간격으로 배치된 4개소 이상의 개구를 갖는 외기 유입구를 갖는다.

Description

대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치 및 계측 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTINUOUSLY MEASURING HORIZONTAL FLUX OF FALLING PARTICULATE MATTER IN ATMOSPHERE}

본 발명은 대기중의 강하 매진의 수평 유속을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

본원은 2009년 4월 1일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2009-089493호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

이하의 관련 기술의 설명과 후술하는 본 발명의 설명에 있어서 동일한 부호를 부여한 부재의 대응 관계는 구성 기능상의 일치를 나타내는 것이 아니라, 예를 들면 기능상이나 일반적인 호칭상에서의 부분적인 대응 관계를 나타내는 것에 지나지 않는다. 구체적인 구성이나 기능이 상이한 경우에도 동일한 부호가 붙여지는 경우가 있다.

다양한 생산 활동 및 소비 활동에 따라 발생하는 대기중의 매진 중, 특히 대기중을 자유 낙하할 수 있는 대강 10㎛ 이상의 직경인 조대한 매진은 강하 매진이라고 불린다. 강하 매진은 중요한 환경 오염 항목의 하나로 간주되어, 그 실태 파악과 대책이 사회에서 강하게 요구되고 있다. 강하 매진의 실태 파악을 위해서는 정확한 강하 매진 계측기 장치를 개발하여 제조하는 것이 중요하다. 특히, 구체적인 환경 대책을 책정하는 경우에는 특정한 기상 조건과 그에 대응한 단시간에서의 강하 매진량 측정값의 조합으로 문제 개소를 탐색하는 방법이 유효하고, 이를 위해서는 강하 매진 계측을 적어도 1분 내지 10분 정도 이내의 단주기로 연속적으로 계측 할 필요가 있다.

대기중의 매진 중, 대부분 자유 낙하하지 않고 대기중을 부유하는 직경 10㎛ 이하의 미소한 매진은 suspended particulate matter(SPM)라고 불린다. SPM은 주위의 대기 흐름에 거의 추종해서 이동하기 때문에 매진의 환경 영향 평가는 대기중의 SPM 농도만을 문제삼으면 된다. 이 때문에, 대기중 SPM의 실태를 측정하는 경우에는 예를 들면 일정량의 대기를 흡인 여과하는 등 함으로써, 그 대기중의 매진 농도를 산출한다. 한편, 보다 조대한 입자인 강하 매진은 주위의 대기 흐름에 완전하게는 추종하지 않는다. 강하 매진은, 그 입자의 밀도나 크기에 따라 상이한 속도로 대기중을 낙하하여 지상에 침착함과 함께 대기중에 장해물이 있으면 그 장해물에 강하 매진이 충돌, 부착된다. 이로 인해, 강하 매진의 환경 영향은 특정물에의 강하 매진의 침착, 부착에 의한 오염에 의해 주로 발생한다. 따라서, 강하 매진의 환경 영향을 평가하기 위해서는 단순히 강하 매진의 대기중 농도를 측정하는 것만으로는 불충분하고, 공간에 고정된 검사면을 단위 면적, 단위 시간당 통과하는 강하 매진의 양, 즉 강하 매진의 유속을 측정할 필요가 있다.

환경 문제에서 대상으로 하는 강하 매진의 유속은 연직 유속과 수평 유속으로 분리할 수 있다. 연직 유속에서는 검사면이 수평하고, 이는 주로 지상에의 강하 매진의 침착의 평가에 이용된다. 수평 유속에서는 검사면이 연직이고, 이는 주로 건물의 벽 등의 수직면에의 강하 매진의 부착의 평가에 이용된다. 옥외 대기의 흐름, 즉 바람은 장시간 평균에서는 수평면 내의 벡터를 갖는다고 간주할 수 있다. 이 때문에 연직 유속에는 풍속의 영향이 없다. 이에 대하여 수평 유속은 풍속의 함수이다. 보다 구체적으로는 강하 매진의 유속은 이하의 식으로 정의할 수 있다.

[강하 매진의 연직 유속]=[강하 매진의 농도]×[강하 매진의 낙하 속도]

[강하 매진의 수평 유속]=[강하 매진의 농도]×[검사면 수직 성분 풍속]

이와 같이 강하 매진의 수평 유속을 측정하기 위해서는 측정시에 풍향이나 풍속을 항상 파악할 필요가 있다. 또한, 측정 장치 자신도 항상 풍향 방향의 강하 매진 흐름을 포집할 수 있도록 하는 기능이 필요하다. 한편, 강하 매진의 연직 유속 측정에는 이러한 배려는 불필요하고, 강하 매진의 수평 유속보다도 간이하게 측정할 수 있다. 이로 인해, 강하 매진의 공적인 관리에는 오로지 연직 유속을 측정하는 장치, 예를 들면 도 1에 도시하는 디포지트 게이지가 이용되어 왔다. 디포지트 게이지에서 매진 채취구(1)는 상방에 개방한 깔때기 형상의 형상이다. 매진 채취구(1)의 내면에 강하 침착한 포집 매진은 빗물에 의해 또는 수세에 의해, 강하 매진 최종구(1)의 하방에 존재하는 포집 용기(25)에 물과 함께 유입되어 강하 매진이 포집된다.

또한, 강하 매진의 수평 유속은 다음 식으로 연직 유속으로부터 형식적으로 변환할 수 있다.

[강하 매진의 수평 유속]=[강하 매진의 연직 유속]×[검사면 수직 성분 풍속]/ [강하 매진의 연직 방향 낙하 속도]

여기서, 검사면 수직 성분 풍속이란 이하와 같이 정의한다. 우선, 문제삼는 지점에 가상의 검사 평면을 연직으로 설정한다. 이때, 검사면 수직 성분 풍속은 상기 지점에 있어서의 바람의 속도 중 검사 평면에 수직인 방향을 따른 성분이다.

이로 인해, 강하 매진의 수평 유속이 문제로 되는 경우에도 연직 유속의 측정 결과와 상기 식을 이용한 간이 평가가 일반적으로 행해져 왔다. 그러나, 실제로는 다양하고 또한 시간적으로 변동하는 강하 매진의 낙하 속도를 측정하는 것은 정량적으로는 어렵다. 이로 인해, 상기 식에 기초하여 강하 매진의 수평 유속을 산출하면 오차가 크다. 따라서, 수평 유속을 문제로 하는 경우에는 수평 유속을 직접 측정하는 것이 측정 정밀도를 높이는 데 있어서 바람직하다.

강하 매진의 수평 유속을 직접 측정하기 위한 강하 매진 포집 장치로서, 매진 채취구(1) 내에 바람을 자연스럽게 유통시키고, 유입하는 바람에 포함되는 강하 매진의 일부를 관성 집진 또는 중력 집진함으로써 강하 매진을 포집하고, 그 결과에 따라 강하 매진의 수평 유속을 측정하는 장치가 개시되어 있다. 비특허 문헌 1에는 이 형식의 입자 포집 장치가 복수 개시되어 있다.

그 대표적인 것은 도 2a, 2b에 도시한 big spring number eight(BSNE)이다. BSNE에서 외기 유입구(10)로부터 매진 채취구(1) 내에 자연 유입한 대기는 유로의 확대와 함께 장치 내에서 감속한다. 그 후, 매진 채취구를 통과하는 대기 흐름(17)의 유선에 나타나는 바와 같이 대기는 장치 상면에 설치된 철망인 배기구(8)로부터 자연 유출한다. 매진 채취구 내에서 바람이 감속함으로써, 매진 채취구(1) 내에서의 강하 매진의 체류 시간이 증대하고, 그 동안에 강하 매진은 매진 채취구 내에서 장거리, 자유 낙하한다.

이와 같이 외기의 흐름(15)의 풍속보다도 매진 채취구 내에서의 풍속을 감소 시킴으로써 매진 채취구(1) 내에서의 강하 매진의 체류 시간을 증대시키고, 강하 매진의 낙하 거리를 장대화시키는 효과를 발휘하는 매진 채취구(1) 내부 위치를 본 명세서에서는 감풍 영역(13)이라고 부른다.

감풍 영역(13)에서 낙하한 대기중의 강하 매진은 포집되는 강하 매진(19)의 유선과 같이, 장치 내를 통과할 때에 자유 낙하하거나 또는 장치 하류 단부의 벽에 충돌한다. 포집되는 강하 매진(19)은 그 후 유로의 하방에 설치된 철망(33)을 통과하여 입자 포집기(32)에 침착해서 포집된다.

매진 채취구(1) 내의 강하 매진의 일부는 매진 채취구를 통과하는 강하 매진(20)의 유선과 같이 배기구(8)로부터 외기중에 유출한다. 또한, 장치 전체는 수평 방향으로 회전 가능하고, 장치에 부속되는 날개(23)와 회전축(24)의 작용에 의해 외기 채취구(10)가 항상 상류 방향을 자동적으로 향한다. 이 장치는 확실히 구조는 간편하지만, 포집한 강하 매진은 배치식으로 수동으로 회수된다. 이로 인해, 단시간 주기로 시계열적인 강하 매진 포집량의 추이를 연속적으로 측정하는 것이 BSNE에서는 어렵다.

또한 BSNE에서는 강하 매진의 포집면이 풍향 방향을 따라 장대하다. 이로 인해, 포집되는 강하 매진을 좁은 공간 영역에 모아 강하 매진 농도를 높이는 것이 어렵다. 또한 강하 매진량, 예를 들면 강하 매진 질량을 고정밀도로 측정하는 장치를 BSNE에 부가하는 것이 어렵다. 왜냐하면, 포집되는 강하 매진 질량은 포집 장치인 BSNE 본체 질량에 비해 훨씬 미량이다. 이로 인해, BSNE 본체로부터 강하 매진을 공간적으로 분리 및 집중시켜 강하 매진만의 질량을 독립적으로 측정하는 것이 질량 측정을 행하는 데 있어서 필수적이기 때문이다.

비특허 문헌 1에는 강하 매진의 수평 유속 포집 장치로서 the suspended sediment trap(SUSTRA)이나 Modified Wilson & Cooke sampler(MWAC)가 소개되어 있다. SUSTRA의 강하 매진의 포집 원리는 BSNE와 기본적으로 같다. 도 7a, 7b에 도시하는 MWAC는 상류 방향에 개구를 형성한 L자관인 외기 유입구(10)와, 하류 방향에 개구를 형성한 L자관인 외기 유입구와, 포집병을 구비한 강하 매진 채취기이다. MWAC에는 매진 채취구의 외기 유입구(10)를 풍향 방향에 추종시키는 특별한 기구는 없다.

강하 매진의 수평 유속을 연속적으로 측정하기 위해서는 전술한 바와 같이 포집된 강하 매진을 좁은 공간 영역에 집중시켜 밀도를 높이고, 어떠한 연속식 매진량 계측 장치(6)에 강하 매진을 유입시킬 필요가 있다. 이러한 작용을 발현시키기 위해서는 외기중의 강하 매진을 대기와 함께 매진 채취구(1)에 유입시키고, 이 매진 채취구(1) 내의 매진을 포함하는 공기를 흡인하고, 이에 의해 매진을 연속식 매진량 계측 장치(6)에 도입할 필요가 있다. 매진이 흡인되는 과정에서 연속식 매진량 계측 장치(6)는 단위 시간당 강하 매진량을 연속적으로 계측한다.

전술한 바와 같이 강하 매진은 바람의 흐름에 완전하게는 추종하지 않는다. 이로 인해, 예를 들면 강하 매진량 측정 장치의 매진 채취구(1)에 있어서, 도 3에 도시하는 바와 같이 풍향과 상이한 방향에서 흡인을 행하는 경우나 도4에 도시하는 바와 같이 풍속과 상이한 속도에서의 흡인을 행하는 경우가 있다. 이 경우, 흡인되는 대기(16)와 함께 외기중의 강하 매진이 매진 채취구(1)에 흡인된다고는 할 수 없다. 도 3, 4 중에서의 외기중의 강하 매진(18)과 같이 외기 유입구(10)를 우회하지만 비율이 무시할 수 없을 만큼 크다. 또한, 이 우회하는 강하 매진의 비율은 다양한 기상 조건 및 매진 특성 및 장치 형상의 영향에 민감하게 영향을 받는다. 이로 인해, 상기 우회하는 강하 매진 비율의 예측도 어렵다.

따라서, 도 3, 4의 방식의 흡인은 강하 매진의 수평 유속을 측정하기 위한 매진 포집 방법으로서 바람직하지 않다. 구체적으로 이러한 매진 채취 방법은 특허 문헌 1, 2 등에 도시되어 있다. 이들 장치에서는 외기 유입구(10)에서의 외기 흡인 속도가 항상 일정하기 때문에, 외기의 풍속과 외기 유입 속도는 일반적으로 일치하지 않는다.

또한, 외기 유입구(10)를 배치하는 방향은 통상 고정되는 경우가 많다. 따라서, 항상 변화되는 외기의 풍향과 외기 유입구(10)의 방향은 일반적으로 일치하지 않는다. 이로 인해, 이러한 종류의 매진 채취구(1)에서의 직경 10㎛ 초과의 입자의 포집 효율은 비특허 문헌 4에 개시되어 있는 바와 같이 수% 이하로 매우 작다.

또한, 이 포집 효율은 풍속 등의 주위의 측정 조건의 영향을 강하게 받는다. 이로 인해, 옥외 실측시에 포집 효율을 연속적으로 고정밀도로 파악하는 것도 어렵다. 이로 인해, 강하 매진의 수평 유속을 측정하기 위한 대기중의 강하 매진을 포집하기 위한 매진 채취구(1)에서는 외기의 풍향 및 풍속과 거의 동일한 속도로 대기가 매진 채취구(1)에 유입하는 것이 적어도 필요하다.

외기의 풍향 및 풍속과 거의 동일한 속도로 대기를 매진 채취구(1)에 유입시키는 매진 포집 방법에는 등속 흡인이라고 불리는 방법이 있다. 등속 흡인에서는 외기의 풍속을 측정하여 항상 매진 채취구(1) 입구에서의 대기 유입 속도를 이 풍속에 일치하도록 부속 블로워에서의 흡인 유량을 제어한다. 이 방법은 비특허 문헌 2를 예로 하는 바와 같이 풍향이 고정되어 있는 연도 내에서의 매진 유속을 측정할 때에 주로 적용되어 있다. 강하 매진의 수평 유속을 파악하기 위한 옥외에서의 강하 매진 포집에 등속 흡인을 적용할 때에 풍속의 제어에 더하여 매진 채취구(1)의 방향이 항상 풍향 방향이 되도록 제어하는 방법이 특허 문헌 4, 5에 개시되어 있다. 이들 방법은 수평 유속 측정에 관한 강하 매진 포집의 가장 확실한 방법이다. 그러나, 이 경우 유량 제어 장치나 매진 채취구의 회전 기구 등의 복잡한 장치 구성 및 제어가 필요하다. 따라서, 장치가 고가 또한 대형화되기 쉽기 때문에 간편한 측정 방법이라고는 말할 수 없다.

또한, 강하 매진의 수평 유속을 옥외에서 장기간, 계속해서 계측하기 위해서는 내후성도 중요한 기능이다. 특히, 많은 연속식 매진량 측정 장치에서는 강우시에 빗방울이 계측부에 침입하면 고장 등의 문제를 발생한다. 따라서, 매진 채취구(1)에 빗방울이 침입하지 않거나 또는 매진 채취구(1) 내에 침입한 빗방울을 제거할 수 있는 구조가 필요하다. BSNE 등의 수동적인 단순한 매진 포집기에서는 통상 외기 유입구(10)로부터의 빗방울의 침입을 방지하는 기구나 장치 내에서 빗방울을 제거하는 기구는 구비되어 있지 않다.

빗방울의 매진 채취구(1) 내에의 침입을 방지하는 방법으로서, 매진 채취구(1)에 루버를 설치하는 방법이나 특허 문헌 1의 방법 등이 알려져 있다. 특허 문헌 1의 장치에서는 매진 채취구(1)는 도 4에 도시하는 구조이다. 이와 함께 직경 10㎛ 초과의 강하 매진이나 빗방울을 제거하는 임팩터를 설치한다. 그러나, 이들 방법에 있어서 빗방울의 매진 채취구(1)에의 침입을 방지하는 원리는 매진 채취구(1) 내에 유입하는 대기의 유로를 급변시키는 구조와 함으로써, 대기 흐름에 추종할 수 없는 빗방울을 제거하는 것이다. 이로 인해, 이들 방법에서는 강하 매진과 같은 조대한 매진도 빗방울과 함께 매진 채취구(1) 내에서 제거된다. 따라서, 이들 방법은 본 발명에서 목적으로 하는 강하 매진의 포집 방법으로서 적합하지 않다.

다음에, 종래의 연속식 매진량 측정 장치에 대하여 서술한다. 연속식 매진량 측정 장치는 각종의 것이 제안되어 있다. 가장 단순한 방식은 비특허 문헌 3에 도시한 로우볼륨 샘플러이다. 이 장치에서는 흡인한 대기중의 매진을 필터로 여과하고, 필터의 중량 변화를 오프라인에서 측정함으로써 포집한 매진의 질량을 산출한다. 이 방식의 경우, 연속적인 측정을 행하기 위해서는 필터를 단주기로 교환할 필요가 있다. 이로 인해, 작업 부하의 관점에서 이 방법은 현실적이지 않다. 또한, 단시간에서의 측정을 대상으로 하여 로우볼륨 샘플러의 흡인 유량을 증대시킨 장치를 하이볼륨 샘플러라고 부른다. 따라서, 하이볼륨 샘플러의 원리·구조·신뢰성은 로우볼륨 샘플러와 실질적으로 동일하다.

또한, 특허 문헌 6에는 도 5에 도시하는 연속식 매진량 계측 장치가 개시되어 있다. 이 장치에서는 상방을 향하여 개구를 구비한 깔때기 형상의 매진 채취구(1)를 설치함으로써 강하 매진을 포집하고, β선 흡수식 질량 계측 장치를 이용하여 정밀한 매진 질량을 연속적으로 계측할 수 있다.

이 장치에서는 매진 채취구에 유입한 대기는 매진 채취구 내에서 크게 고속으로 선회한 후, 대부분이 계외에 유출하는 유로(17)를 따라 진행한다. 외기의 풍속이 커지면 매진 채취구(1)에 유입하는 강하 매진의 양도 증가하지만, 매진 채취구(1) 내에서의 선회 유속도 풍속에 비례해서 커진다. 그 결과, 매진 채취구 내 대기중의 강하 매진이 계외에 반출되는 양이 많아진다. 이로 인해, 강하 매진의 포집 효율은 외기 풍속의 영향을 받기 어렵고, 강하 매진의 연직 유속을 측정하기 위해서는 적합하다. 그러나, 이 장치는 강하 매진의 수평 유속을 측정하기 위해서는 적합하지 않다. 이 장치에서는 빗방울을 흡인한 경우에 장치가 고장나는 경우가 많다. 이로 인해, 통상 이 장치는 우천시에는 매진 채취구(1)의 개구에 자동적으로 뚜껑을 덮는 기구를 포함하고, 우천시의 측정을 행하지 않는다.

또한, 특허 문헌 7에는 광산란식 입자 계수기인 파티클 카운터(11)가 개시되어 있다. 이 장치는 측정부를 통과하는 개개의 매진에 레이저 광을 조사하여 그 반사 및 산란광의 강도를 검지함으로써, 소정의 직경 이상의 매진의 유무를 판별한다고 하는 원리에 따라 동작한다. 이 장치로 계측할 수 있는 것은 흡인 대기중의 매진의 개수이다. 그러나, 매진의 표준 샘플을 별도 준비하여 매진 개수와 매진 질량의 관계식을 미리 정해 두면, 파티클 카운터(11)에서의 매진 검출 개수를 매진 질량으로 환산할 수 있다.

또한, 이 장치에서는 매진을 포집할 필요가 없기 때문에 필터를 반드시 설치할 필요는 없다. 또한, 흡인된 외기의 주위에 청정한 공기 분류인 시스 에어를 외기의 흐름과 동축에 분사하는 것도 시판되고 있다. 이에 의해, 흡인 외기에 포함되는 매진이나 안개 방울을 계측 유로 내에 머무르게 할 수 있다. 단, 대량의 빗방울을 흡인한 경우에는 장치가 침수해서 고장난다고 하는 문제를 갖는 것은 전술한 다른 계측 장치와 마찬가지이다.

또한, 특허 문헌 8에는 광투과식 입자 농도계가 개시되어 있다. 이 장치에서는 장치 내에 대기와 함께 흡인된 매진에 광을 조사한다. 이때, 매진에 의한 반사나 흡수의 효과로 감쇠하는 투과광량을 계측하여 매진 농도로 환산한다. 내후성에 관해서는 상기 파티클 카운터(11)와 마찬가지이다.

(특허 문헌 1) 일본 특허 출원 공개 제2006-3090호 공보 (특허 문헌 2) 일본 특허 제3574045호 공보 (특허 문헌 3) 일본 특허 출원 공개 제2004-144664호 공보 (특허 문헌 4) 일본 실용신안 출원 공개 평4-136551호 공보 (특허 문헌 5) 일본 특허 출원 공개 평5-187989호 공보 (특허 문헌 6) 일본 특허 공고 평6-021848호 공보 (특허 문헌 7) 일본 특허 출원 공개 제2002-82038호 공보 (특허 문헌 8) 일본 특허 출원 공개 평1-307614호 공보

(비특허 문헌 1) Goossens, D., Offer, Z. Y.: Atmospheric Environment, vol.34(2000), pp.1043-1057. (비특허 문헌 2) 일본 공업 규격(JIS) Z 7151 (비특허 문헌 3) 일본 공업 규격(JIS) Z 8814 (비특허 문헌 4) R. M. Harrison, R. E. van Grieken: Atmospheric Particles, John Wiley & Sons(England), 1998, pp.47-53.

이상 서술한 바와 같이 종래 기술의 강하 매진의 수평 유속 측정 장치에는 단시간 주기로의 연속 계측을 행할 수 없고, 강하 매진 포집 효율이 낮고, 장치의 대형화를 피할 수 없고, 고가이고 복잡한 구조이고, 강우 대책이 고려되어 있지 않은 등의 문제가 있었다.

본 발명은 강하 매진 포집 효율이 높고, 소형 및 간이한 구조로 저렴하면서 옥외에서 1분 정도의 단시간 주기로 연속 측정 가능한 대기중의 강하 매진의 수평 유속 측정 장치를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다. 본 발명은 또한 강우 대책도 고려하는 것이 가능한 상기 장치를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.

따라서, 본 발명자의 강하 매진 계측에 관한 연구 결과, 이하의 해결 방법을 발명하기에 이르렀다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 장치는 대기중의 강하 매진의 수평 유속을 연속적으로 계측하는 장치로서, 천판, 측벽 및 4매 이상의 구획판을 갖는 매진 채취구와, 흡기관과, 단위 시간당 매진량을 연속적으로 계측하는 연속식 매진량 계측 장치와, 블로워 또는 압축기와, 배기구를 구비하고, 흡기가 직렬로 유통하도록 유로가 상기 매진 채취구, 상기 흡기관, 상기 연속식 매진량 계측 장치, 상기 블로워 또는 압축기, 상기 배기구의 순으로 연결되고, 상기 측벽은 연직 방향의 중심축을 갖고, 상방을 향하여 넓어지는 본질적으로 원뿔대 또는 다각형뿔대의 측면의 형상을 갖는 판이고, 상기 측벽은 그 하단부에 상기 흡기관과 접속되는 흡기구와, 그 상단부 근방의 일정한 높이에 상기 측벽의 둘레 방향에 일정 간격으로 배치된 4개소 이상의 개구를 갖는 외기 유입구를 갖고, 상기 천판은 본질적으로 원판의 형상을 갖고, 그 직경이 상기 측벽의 상단부의 수평 단면의 직경보다도 크고, 그 중심축이 상기 측벽의 중심축과 일치하고, 상기 측벽의 상단부에 접하도록 접속되고, 4매 이상의 상기 구획판은 상기 측벽에 의해 둘러싸인 공간을 수평 단면에 있어서 균등한 크기의 부채꼴 영역으로 분할하도록 연직면 내에 배치되고, 중심축 상에서 서로 접속되는 4매 이상의 동일 높이의 평판이고, 상기 각 구획판은 상기 측벽 및 상기 천판에 대하여 간극 없이 접속된다.

(2) 상기 (1)의 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치에 있어서, 상기 천판은 상기 측벽의 상단부보다 외측에 연장하는 차양부를 갖고, ([외기의 대표 풍속]/[포집하고자 하는 강하 매진의 자유 낙하 속도])×[천판 하면과 외기 유입구 하단부 간의 축 방향 길이]를 식 1이라고 하면, 상기 차양부의 상기 천판의 반경 방향을 따른 길이는 상기 식 1보다도 작아도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)의 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치에 있어서, 상기 연속식 매진량 계측 장치와 상기 블로워 또는 압축기로 파티클 카운터를 구성하여도 된다.

(4) 상기 (1) 또는 (2)의 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치는, 외기의 단위 시간당 평균 풍속을 측정하는 풍속계와, 상기 풍속계에 의해 측정된 평균 풍속값 및 상기 연속식 매진량 계측 장치에 의해 측정된 순간 강하 매진량 측정값을 입력값으로서 저장함과 함께, 하기 식 2에 기초하여 순간 외기중 강하 매진 농도를 산출하는 연산 장치와, 순간 외기중 강하 매진 농도=상기 순간 강하 매진량 측정값/(상기 평균 풍속 측정값×상기 외기 유입구의 유효 개구 면적)…식 2, 상기 연산 장치에 의해 산출된 순간 외기중 강하 매진 농도를 기록 또는 표시하는 출력 장치를 더 구비하여도 된다.

(5) 상기 (1) 또는 (2)의 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치에 있어서, 상기 각 구획판의 상기 측벽의 축 방향을 따른 길이는 상기 외기 유입구의 상기 측벽의 축 방향 길이의 2배 이상이어도 된다.

(6) 상기 (1) 또는 (2)의 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치에 있어서, 상기 각 구획판의 상기 측벽의 축 방향을 따른 길이는 상기 매진 채취구의 축 방향 길이의 0.5배 이하이어도 된다.

(7) 상기 (1) 또는 (2)의 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치에 있어서, 상기 블로워 또는 압축기는 상기 매진 채취구에 공기와 함께 유입한 강하 매진의 일부 또는 전부를 상기 매진 채취구 내의 상기 공기의 일부와 함께 흡인하고, 상기 흡기구로부터 상기 흡기관을 통하여 상기 연속식 매진량 계측 장치에 도입한 후, 상기 흡인한 공기를 상기 배기구로부터 유출시켜도 된다.

(8) 본 발명의 일 형태에 관한 대기중의 강하 매진 수평 유속의 계측 방법은, 상기 (1) 또는 (2)의 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치를 이용한 대기중의 강하 매진 수평 유속의 계측 방법으로서, 단위 시간당 포집된 강하 매진량을 상기 외기 유입구의 유효 개구 면적으로 나눈 값을 강하 매진의 수평 유속으로서 산출한다.

본 발명에 의해 간이한 구조를 이용하여 1분 정도의 단주기로 고정밀도로 강하 매진의 수평 유속 연속 계측이 가능해진다. 또한, 이에 더하여 본 발명의 일 형태에 있어서는 우천시에도 고장 없이 측정이 가능한 전천후형 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치를 실현할 수 있다.

도 1은 종래 기술의 모식도이다.
도 2a는 다른 종래 기술의 모식 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 종래 기술의 모식 상면도이다.
도 3은 다른 종래 기술의 모식도이다.
도 4는 다른 종래 기술의 모식도이다.
도 5는 다른 종래 기술의 모식도이다.
도 6a는 다른 종래 기술의 모식 상면도이다.
도 6b는 도 6a의 종래 기술의 모식 단면도이다.
도 7a는 다른 종래 기술의 모식 상면도이다.
도 7b는 도 7a의 종래 기술의 모식 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 장치의 모식도이다.
도 9a는 상기 장치의 입자 채취구의 모식 측면도이다.
도 9b는 상기 장치의 입자 채취구의 모식 상면도이다.
도 9c는 상기 장치의 입자 채취구의 A-A면의 모식 단면도이다.
도 9d는 상기 장치의 입자 채취구의 B-B면의 모식 단면도이다.
도 10a는 상기 입자 채취구 내에 있어서의 흐름장의 모식 상면도이다.
도 10b는 상기 입자 채취구 내에 있어서의 흐름장의 A-A면의 모식 단면도이다.
도 10c는 상기 입자 채취구 내에 있어서의 흐름장의 B-B면의 모식 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 장치의 작용에 관한 모식도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 장치의 작용에 관한 다른 모식도이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 장치의 작용에 관한 다른 모식도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 장치의 모식도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 장치의 모식도이다.
도 16은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 장치의 모식도이다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.

또한, 이하의 본 명세서 및 도면에 있어서 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

단, 전술한 관련 기술의 설명과 본 발명의 설명에 있어서 동일한 부호를 부여한 부재의 대응 관계는 구성·기능상의 일치를 나타내는 것이 아니라, 예를 들면 기능상이나 일반적인 호칭상에서의 부분적인 대응 관계를 나타내는 것에 지나지 않는다. 구체적인 구성이나 기능이 상이한 경우에도 동일한 부호가 붙여지는 경우가 있다.

[제1 실시 형태]

이하, 도 8를 이용하여 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 실시 형태의 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치는 매진 채취구(1), 흡기관(5), 연속식 매진량 계측 장치(6), 블로워 또는 압축기(7) 및 배기구(8)를 포함한다. 매진 채취구에는 외기 및 외기중의 강하 매진이 유입한다. 매진 채취구(1)는 흡기구(9)에서 흡기관(5)과 접속되어 있다. 매진 채취구(1) 내부의 일부 대기 및 일부 또는 모든 강하 매진은 흡기관(5)을 통하여 연속식 매진량 계측 장치(6)에 도입된다. 연속식 매진량 계측 장치(6)는 강하 매진량을 연속적으로 측정한다. 측정기를 통과한 대기 및 일부 또는 모든 강하 매진은 블로워 또는 압축기(7)에 의해 흡인되어 배기구(8)로부터 계외에 방출된다. 블로워 또는 압축기(7)와 배기구(8)가 서로 직결되어 있지 않은 경우에는 통기관(26)을 설치하여 이들 부품 간을 연결하여도 된다. 또한, 연속식 매진량 계측 장치(6)나 블로워 또는 압축기(7)가 내후성 사양이 아닌 경우에는 하우징(12)을 설치하여 이들 장치를 수납하여도 된다.

(매진 채취구(1))

도 9a 내지 9d 및 도 10a 내지 10c를 이용하여 매진 채취구(1)를 설명한다. 매진 채취구(1)는 외기 유입구(10)를 설치한 측벽(2), 천판(3) 및 구획판(4)을 포함한다.

(매진 채취구(1)의 측벽(2))

측벽(2)은 연직 방향을 중심축으로 하고, 상단부 및 하단부가 개방된 본질적으로 원뿔대의 측면 형상(깔때기 형상)의 판이다. 측벽(2)은 상방을 향하여 넓어지는 형상이다. 측벽(2)은 중심축을 연직선 상으로 한 원뿔대의 측면에 상당하는 부분을 판으로 구성한 것을 전형으로 한다. 이 뿔꼴대의 상측 바닥 및 하측 바닥의 형상은 원형이어도 되고 또는 적어도 4개 이상의 정점을 갖는 정다각형 등의 원형에 가까운 형상이어도 된다. 예를 들면, 상면 및 저면이 원형인 경우, 측벽(2)의 형상은 원뿔대의 측면이 된다. 또한, 측벽(2)으로 둘러싸인 공간의 임의 높이의 수평 단면은 원형 또는 정다각형 등의 원형에 가까운 형상이고, 또한 이들 수평 단면의 중심 또는 무게 중심은 동일한 연직선 상에 항상 위치한다. 이 수평 단면의 단면적은 상기한 원뿔대의 하단부로부터 상단부를 향하여 단조롭게 증대한다.

또한, 상기한 판면에는 상기한 판의 면적에 비교하여 충분히 작은 개구(예를 들면 흡배기구 등)나 돌기(예를 들면 고정용 볼트의 헤드)가 존재하여도 된다.

상기 개구나 상기 돌기의 면적은 예를 들면 상기한 판의 면적의 10% 미만의 단면적인 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는 본질적으로 원뿔 형상의 측벽(2)으로 함으로써, 매진 채취구(1)의 강하 매진 포집 효율의 풍향에의 의존성을 작게 할 수 있다. 이 관점에서 측벽(2)은 축 대칭 형상인 것이 바람직하다. 단, 가공상의 편의 등의 이유에서 수평 단면이 정다각형 등의 원형에 가까운 형상이나 수평면 내에서의 이방성이 비교적 작은 형상의 것이어도 된다. 예를 들면 수평 단면이 정다각형, 구체적으로는 정육각형, 정팔각형, 정십이각형, 정십육각형 등이어도 되고, 수평 단면의 각 수가 많을수록 이방성이 낮아진다. 측벽(2)의 수평 단면은 이방성을 낮게 유지할 수 있는 형상이면 반드시 정다각형일 필요는 없다. 예를 들면, 수평 단면의 외측 테두리가 일정 폭의 원환 내에 포함되는 형상이면, 이방성을 일정한 범위에 제한할 수 있다. 예를 들면, 중심점으로부터의 최대 반경을 Rmax라고 하였을 때, 최소 반경(Rmin)이 0.6×Max가 되는 원환을 정의하고, 상기 수평 단면의 외측 테두리가 상기 원환에 항상 포함되는 형상이어도 된다. 또한, 최소 반경이 0.8×MR이 되는 원환을 이용하여 상기 수평 단면의 외측 테두리 형상을 규정하여도 된다.

측벽(2) 하단부의 개방부는 흡기구(9)이고, 흡기관(5)에 접속되어 있다. 매진 채취구(1) 내에 유입한 강하 매진의 일부는 측벽(2)의 경사를 따라 침강하여 흡기구(9)에 이르고, 흡기관(5)에 흡인된다. 측벽(2)의 구배는 수평면에 대하여 적어도 45° 이상, 바람직하게는 65° 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 흡기관(5)의 수평면에 대한 평균 구배가 충분히 크고, 매진 채취구(1) 내에서 강하 매진이 침강할 때, 강하 매진의 대부분이 측벽(2)에 부착되지 않고 흡기관(5)에 흡인된다. 한편, 수평면에 대한 구배가 극단적으로 큰 경우에는 매진 채취구(1)의 축 방향 길이가 장대가 되고, 표면적이 증대하기 때문에 강하 매진의 벽면 부착의 관점에서 불리해지므로 측벽(2)의 수평면에 대한 구배는 85° 이하인 것이 바람직하다.

측벽(2) 두께는 적어도 10㎜ 이하, 바람직하게는 3㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 측벽(2)에 설치되는 외기 유입구(10)의 통기 저항이 작아 외기가 매진 채취구(1) 내에 충분히 유입한다. 한편, 측벽(2)의 두께는 0.3㎜ 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 바람에 의해 측벽(2)이 진동한 경우의 공진 등의 문제를 방지할 수 있다.

측벽(2) 내면의 재질은 정전기에 의한 강하 매진의 벽면에의 부착을 방지하기 위해서 금속, 유리 또는 세라믹스인 것이 바람직하다. 또한, 측벽(2)의 내면은 강하 매진의 부착을 억제하기 위해서 평활한 것이 바람직하다. 이 관점에서 측벽(2) 내면의 재질이 금속인 경우에는 스테인리스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 아연 도금이나 크롬 도금 등의 방청 표면 처리 강, 구리, 구리 합금, 마그네슘 합금, 티탄 및 티탄 합금 등을 이용하여도 된다. 또한, 측벽(2) 내면에 세라믹스를 이용하는 경우에는 측벽(2) 내면의 흡습에 의한 강하 매진 부착을 방지하기 위해서 자기나 석기 등을 이용하여도 된다. 측벽(2)의 내면에 유리를 이용하는 경우에는 소다 유리, 납 유리 또는 실리카 유리 등을 이용하여도 된다.

측벽(2)은 옥외에서 강풍을 받고 또한 일조나 강우에 노출되기 때문에 측벽(2)에는 강도와 내후성이 필요하다. 이 관점에서 측벽(2)의 구조재에는 강, 합금 강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 마그네슘 합금, 티탄, 티탄 합금 등의 금속이나 자기나 석기 등의 세라믹스, 소다 유리, 납 유리, 실리카 유리 등의 유리 또는 경질 염화비닐이나 아크릴 등의 경질 합성 수지 등을 이용하여도 된다.

측벽(2)의 개구인 외기 유입구(10)에는 측벽(2)의 상단부 근방의 일정한 높이에 둘레 방향에 일정 간격으로 동일 형상의 개구를 복수 개소 형성한다. 외기 유입구(10)의 상단부는 측벽(2)의 상단부와 일치하여도 되고, 측벽(28)의 상단부보다 낮은 위치이어도 된다. 후술하는 외기 유입구(10) 하단부의 높이 제약 및 외기 유입구(10)의 총 면적의 제약에 의해 외기 유입구(10)의 상단부 높이가 도출되기 때문에, 이 제약 범위 안에서 외기 유입구(10)의 상단부 높이는 적절하게 정하면 된다. 외기 유입구(10)의 하단부의 축 방향 위치는 강하 매진의 포집 특성을 향상시키기 위해서 측벽(2) 상단부로부터 측벽(2)축 방향에 측벽(2) 높이의 1/5 이내의 거리인 것이 바람직하다.

외기 유입구(10)의 형상은 강하 매진 포집 효율의 풍향에 대한 의존성을 저감하기 위해서, 둘레 방향에 대칭인 것이 바람직하고 원, 타원, 직사각형, 사다리꼴, 이등변 삼각형 등의 형상을 이용할 수 있다. 개개의 외기 유입구(10)는 강하 매진 포집 효율의 풍향에 대한 의존성을 저감하기 위해서, 측벽(2) 축 방향의 동일 위치(즉 동일한 높이)에 배치하고, 동일 형상이어야만 한다.

외기 유입구(10)의 수는 4개소 이상일 필요가 있고, 바람직하게는 8개소 내지 36개소인 것이 바람직하다. 이는 본 발명자의 조사 결과, 외기 유입구(10)의 개구면에 대한 수직 방향 단위 벡터의 수평면에의 투사 벡터와 풍향이 이루는 각이 35° 이상인 경우, 동일 풍속시의 매진 채취구(1) 내에의 바람의 유입량이 극단적으로 저하되어 강하 매진 포집 효율이 저하되는 것이 판명되었기 때문이다. 이로 인해, 외기 유입구(10)가 3개소 이하인 경우, 모든 외기 유입구(10)에 있어서 상기한 외기 유입구(10)와 풍향이 이루는 각이 35° 이상이 되어 강하 매진 포집 효율을 극단적으로 저하시키는 풍향이 발생할 수 있다. 외기 유입구(10)의 수가 많을수록 이러한 풍향의 영향은 경감된다.

그러나, 후술하는 바와 같이 외기 유입구(10)의 총 면적에는 바람직한 최대값이 존재하기 때문에, 외기 유입구(10)의 수를 증대시키면 하나의 외기 유입구(10)당 개구 면적이 감소한다. 이로 인해, 외기 유입구(10)의 수가 극단적으로 많은 경우, 흡기 저항이 증대하여 강하 매진의 포집 효율이 저하된다. 외기 유입구(10)의 외측 단면은 여기에서의 유입 대기의 박리에 의한 강하 매진 채취 효율 저하를 저감하기 위해서 모따기하는 것이 바람직하다.

(매진 채취구(1)의 천판(3))

천판(3)과 측벽(2)의 중심축이 일치하도록 천판(3)은 배치된다. 또한, 천판(3)의 중심축은 천판(3)의 중심점을 통과하고, 천판(3)에 수직인 축으로 정의한다. 또한, 천판(3)은 상기 측벽(2)의 상단부에 접하도록 배치된다. 천판(3)의 직경은 측벽(2) 상단부 직경보다도 커야만 한다. 측벽(2) 상단부보다 외측의 천판 부분은 차양부로서 기능하여 우천시에 빗방울이 매진 채취구(1) 내에 침입하는 것을 억제하는 효과를 발휘한다. 측벽(2) 상단부로부터 연장하는 천판(3)의 직경이 클수록 이 빗방울의 매진 채취구(1) 내에의 침입 억제 효과는 높아진다. 그러나, 한편 매진 채취구에 유입할 수 있는 최대의 강하 매진 직경은 천판 직경이 클수록 작아진다. 따라서, 이하의 식을 기준으로 하여 천판 직경의 최대값을 결정해야 한다.

[천판의 차양 부분의 반경 방향 길이]＜([외기의 대표 풍속]/[포집하고자 하는 강하 매진의 자유 낙하 속도])×[천판 하면과 외기 유입구 하단부 간의 축 방향 길이]

예를 들면, 일본의 평균적인 기상 조건을 전제로 하여 200㎛ 이하의 강하 매진의 포집을 목적으로 하는 경우에는, 천판 직경과 측벽 상단부 직경의 차(차양부의 길이)는 50㎜ 내지 200㎜의 범위인 것이 바람직하다. 예를 들면, 외기의 대표 풍속이 2m/s 이상, 포집하고자 하는 강하 매진의 자유 낙하 속도가 0.5m/s 이하, 또한 천판 하면과 외기 유입구 하단부 간의 축 방향 길이가 0.01m인 경우, 상기 식을 적용하면, 천판의 차양 부분의 반경 방향을 따른 길이를 0.04m, 즉 천판 직경과 측벽 상단부 직경의 차를 80㎜로 설정하면 된다.

또한, 측벽(2)의 수평 단면 형상이 원형 이외, 예를 들면 정다각형인 경우에는 측벽 상단부에 있어서의 측벽 단면의 정다각형의 외접원 직경을 상기 측벽(2) 상단부 직경으로 간주하면 된다. 또한, 천판(3)이 원형 이외, 예를 들면 정다각형인 경우에는 천판(3)의 내접원 직경을 상기 천판(3) 직경으로 간주하면 된다.

천판(3)은 풍향에 대한 의존성을 저감시키기 위해서 본질적으로 원판이어야만 한다. 「본질적으로 원판」이다란, 수평면 내에서의 천판의 이방성이 작고 또한 얇은 구조물인 것을 의미한다. 구체적으로는 천판(3)은 원판인 것이 바람직하다. 단, 가공상의 편의 등의 이유가 있으면, 적어도 4개 이상의 정점을 갖는 정다각형 등의 원형에 가까운 형상이 것이어도 된다. 또한, 강우시의 천판 상에서의 배수성을 고려하여 천판을 경사가 완만한(즉, 연직 방향으로 얇은) 원형 돔 형상으로 하여도 된다. 예를 들면, 돔의 최대 구배가 10° 이하인 원형 돔을 적용할 수 있다. 천판이 연직 방향으로 두꺼운 구조인 경우, 천판의 공기 저항이 커져서 매진 채취구에의 외기 유입을 방해하므로 바람직하지 않다.

또한, 상기 측벽(2)의 단면 형상에 관한 상기 기재와 마찬가지로, 일정 폭의 원환에 수습되도록 천판(3)의 외측 테두리 형상을 규정하여도 된다. 이 경우에도 천판(3)의 내접원 직경을 상기 천판(3) 직경으로 간주하면 된다.

천판의 재질은 옥외에서 구조를 유지할 수 있는 정도의 강도가 있고 또한 빗물을 투과하지 않는 것이면 어떤 것이어도 된다. 구체적으로는 상기한 측벽(2)에 적용 가능한 재료이면, 천판(3)에 적용할 수 있다. 또한, 공기 저항을 감소시키기 위해서 천판의 단면을 예각이나 유선형 형상으로 하여도 된다.

(매진 채취구의 구획판)

구획판(4)은 천판(3) 및 측벽(2) 상단부를 포함하는 측벽(2) 상부와 간극 없이 접속하고, 또한 매진 채취구(1)의 중심축에 있어서 구획판끼리도 서로 단면을 접하도록 배치된다. 그 결과, 채취구 내 상부는 외기 유입구(10) 및 하방에만 개구를 갖고, 수평 단면이 부채꼴인 소영역(27)으로 분할된다. 매진 채취구의 둘레 방향을 따라 동일 단면 형상의 부채꼴 소영역(27)이 복수 배치되도록 구획판(4)은 설치된다.

여기서, 이 부채꼴 소영역(27)의 수가 4개 이상인 경우, 외기의 바람의 상류측 외기 유입구로부터 이 부채꼴 소영역에 유입한 대기의 대부분이 도 10a 내지 10c에 도시하는 바와 같이 구획판(4)의 하단부를 돌아 들어가 감풍 영역(13)을 통과한다. 한편, 부채꼴 소영역(27)의 수가 3개 이하인 경우, 유입한 대기의 대부분이 동일한 부채꼴 소영역의 하류측의 외기 유입구로부터 직접 유출한다. 전술한 바와 같이 감풍 영역에 있어서 대기중의 강하 매진은 대기로부터 분리 및 농축되기 때문에, 부채꼴 소영역(27)이 3개소 이하인 경우에는 흡기구(9)에 도달하는 강하 매진의 비율, 즉 강하 매진 포집율이 낮다고 하는 문제가 있다. 한편, 부채꼴 소영역(27)이 4개소 이상인 경우, 대기가 유입하는 부채꼴 소영역(27')의 외기 유입구로부터 유입한 대기의 대부분은, 구획판(4)의 하단부를 돌아 들어가 감풍 영역(13)을 통과한 후, 유입한 부채꼴 소영역(27)과는 별도의 부채꼴 소영역(27")으로부터 다시 외기중에 유출하거나 흡기구에 흡인된다. 그 동안, 감풍 영역(13)에 있어서 대기중의 강하 매진의 대부분이 유출하는 대기로부터 분리하여 흡기구(9)에 흡인되고, 그 결과 높은 강하 매진 포집 효율이 얻어지는 것을 본 발명자는 발견하였다. 따라서, 부채꼴 소영역(27)의 수는 4개소 이상일 필요가 있고, 이것을 실현하기 위해서 구획판의 수도 4개소 이상이어야만 한다.

또한, 부채꼴 소영역에 외기를 직접 유입시키기 위해서 부채꼴 소영역(27)에는 반드시 1개 이상의 외기 유입구가 존재해야만 한다. 외기 유입구(10)에는 바람직한 단면적의 최소값이 존재하기 때문에, 부채꼴 소영역의 수가 증가할수록 모든 외기 유입구(10)의 단면적을 합계한 총 면적이 증대한다. 후술하는 바와 같이 외기 유입구(10)의 총 면적에는 바람직한 범위의 최대값이 존재하기 때문에, 부채꼴 소영역의 수, 즉 구획판의 수에도 바람직한 최대값이 존재한다. 본 발명자의 조사 결과, 부채꼴 소영역의 수, 즉 구획판의 수는 16개소 이하인 것이 바람직하다. 구획판(4)의 축 방향 길이는 외기 유입구(10)의 축 방향 길이의 2배 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 본 발명자가 조사한 결과인 도 12에 나타내는 바와 같이, 매진 채취구(1) 내 중심축 상에서의 최대 수평 풍속/평균 수평 풍속의 비가 1을 크게 상회하지 않는, 즉 매진 채취구(1) 내에서 수평 방향의 불어 지나감이 발생하지 않는다. 따라서, 강하 매진의 포집 효율이 높다.

또한, 구획판(4)의 축 방향 길이(높이)는 각 구획판(4)에서 동일하고, 매진 채취구(1)의 축 방향 길이의 0.5배 이하인 것이 바람직하다. 이는 본 발명자가 조사한 결과인 도 13에 나타내는 바와 같이, 이 값 이상인 경우, 후술하는 매진 채취구(1)의 강하 매진 포집 효율 파라미터가 충분한 값이 되고, 충분한 강하 매진의 포집 효율이 얻어진다(강하 매진 포집 파라미터가 클수록 매진 채취구(1)에서의 강하 매진의 포집 효율이 높다). 특히, 매진 채취구(1)의 축 방향 길이와 일치하도록 하는 극단적으로 긴 구획판(4)의 축 방향 길이로 한 경우에는, 강하 매진 포집 효율 파라미터 저하 이외의 문제로서, 매진 채취구(1) 내에서 구획판(4)에 의한 통기 저항이 크게 증대함으로써 외기의 매진 채취구에의 유입량이 극단적으로 저하되는 결과, 강하 매진의 포집 효율도 저하되는 문제가 발생한다.

이하, [구획판(4)의 축 방향 길이]/[매진 채취구(1)의 축 방향 길이]의 값을 L1이라고 기재한다. 또한, [구획판(4)의 축 방향 길이]/[외기 유입구(10)의 축 방향 길이]의 값을 L2라고 기재한다.

도 13을 참조하여 L1이 0.5를 경계로 특성 곡선의 경향이 변화되는 이유에 대하여 설명한다. L2가 크면, 불어 지나감이 발생하기 어려운 효과가 높지만, 한편 유효 외기 유입구 면적의 감소를 초래하여 강하 매진 포집량을 감소시키는 경향이 많아진다. 이로 인해, L2는 바람직한 하한값인 2 정도로 설계하는 경우가 많다. 이러한 조건에서는 도 13과 같이 L1이 0.5 이하에서는 강하 매진 포집 파라미터는 거의 일정하다. 이에 대하여 L1이 0.5를 초과하면 강하 매진 포집 효율 파라미터는 급속하게 감소한다. 0.5 이상의 L1에서 강하 매진 포집 효율 파라미터가 감소하는 것은, 감풍 영역(13)이 될 수 있는 매진 채취구 내 공간이 감소하기 때문이다. L1이 0.5 이하에서 강하 매진 포집 효율 파라미터가 일정해지는 것은 다음 이유에 의한 것이다.

L1이 작은 경우, 감풍 영역(13)이 될 수 있는 매진 채취구 내 공간은 넓지만, 연직 방향 풍속의 균일화가 불충분하여 고풍속 영역이 존재하기 때문에, 감풍 영역(13)의 상단부는 구획판(4) 하단부보다도 상당히 하방이 된다. L1이 증대하여 0.5에 가까워짐에 따라 연직 방향 풍속의 균일화가 진행하기 때문에, 감풍 영역(13) 상단부와 구획판(4)의 간격이 감소한다. 그 결과, 감풍 영역(13) 상단부는 L1이 0.5 이하인 영역에서는 일정해진다. 그 결과, L2를 보다 작게 설정하여도 감풍 영역은 축 방향에 연장하지 않고 강하 매진 포집 효율 파라미터는 거의 일정값이 된다.

또한, 이 영역에서 연직 방향의 풍속이 분포를 갖는 경우라도, 상기한 L2의 바람직한 조건 범위의 매진 채취구(1)이면, 수평 방향으로의 불어 지나감은 발생하지 않는다. 한편, 전술한 바와 같이 도 13에서 L1이 0.5를 넘으면, 급격하게 강하 매진 포집 파라미터가 감소한다. 따라서, L1이 강하 매진 포집 효율에 악영향을 미치지 않는 한계값으로서 0.5라고 하는 값이 중요하다.

구획판(4)과 천판(3)의 접속 형태로서, 천판(3)의 하방에 간극을 발생하지 않도록 구획판(4)의 상단면이 접속되어 있거나 또는 구획판(4)이 천판(3)을 관통하고 또한 상기 관통부에 있어서 간극을 발생하지 않도록 한다. 측벽(2)과 천판(3)의 접속 형태로서, 천판(2)의 내면에 간극을 발생하지 않도록 구획판(4)의 외측 단면이 접속되어 있거나 또는 구획판(4)이 측벽(2)을 관통하고 또한 상기 관통부에 있어서 간극을 발생하지 않도록 한다. 또한, 도 9a 내지 도 9d에 있어서의 천판(3)과 구획판(4)의 접속 형태는 구획판(4)의 상단부가 천판(3)의 하면에 간극 없이 접속되어 있다. 또한, 측벽(2)과 구획판(4)의 접속 형태는 구획판(4)이 측벽(2)을 간극을 발생하지 않도록 관통한 것이다.

또한, 이들 접속의 고정시에는 용접, 접착, 나사 고정 등의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 이들 접속부에 있어서 간극을 방지하여 대기의 유입출을 저지하기 위해서, 그리스나 실리콘 실란트와 같은 밀봉제를 접속부에 도포할 수 있다. 구획판의 재질에는 자신의 구조를 유지할 수 있고, 통기성이 없고, 또한 강하 매진의 부착성이 낮은 재료이면 어떤 것이라도 이용할 수 있다. 예를 들면, 전술한 측벽(2)과 동일한 재질을 이용할 수 있다.

(매진 채취구(1)에서의 강하 매진 포집 기구)

본 실시 형태에 있어서의 매진 채취구(1) 내에서의 강하 매진의 포집 기구에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서, 외기 유입구(10)로부터 유입한 대기중의 강하 매진은 유입한 대기가 구획판(4)을 우회하여 구획판(4)의 하방을 통과할 때에 대기와 함께 감풍 영역(13)에 유입한다. 감풍 영역(13)에 강하 매진이 유입할 때에 주위 대기의 흐름이 연직 하방으로 방향을 바꾸는 효과 또는 강하 매진 입자가 구획판(4)에 충돌하는 효과에 의해 강하 매진이 연직 하방에 가속되어 있다. 이로 인해, 예를 들면 직경 100㎛ 이상이라는 특별히 조대한 강하 매진 입자는 그대로 흡기구(9)까지 낙하하여 흡기관에 흡인된다. 특별히 조대하지 않은 강하 매진 입자의 일부도 감풍 영역(13) 내에 체류하는 동안에 자유 낙하하여 보다 조대한 강하 매진 입자와 마찬가지로 흡기구(9)에 도달하여 흡기관에 흡인된다. 종래 기술인 BSNE의 설명에서 서술한 바와 같이 감풍 영역이 강하 매진 포집에 부여하는 효과는 매진 채취구(1) 내에서의 강하 매진의 체류 시간을 연장함으로써, 감풍하지 않은 경우보다도 보다 다량의 강하 매진을 하방에서 포집하는 것이다.

다음에, 본 발명자의 발안이 이루어지는 강하 매진 파라미터를 이하의 식으로 정의한다.

[강하 매진 포집 파라미터]=[감풍 영역 수평 단면적(28)]×[감풍 영역 길이(29)]/[외기 유입구(10)의 총 면적]²

여기서, 감풍 영역이란 어떤 유입 풍속으로 외기 유입구(10)로부터 매진 채취구(1)에 유입한 강하 매진을 포함하는 대기의 풍속이 감속되는 영역을 나타낸다. 또한, 감풍 영역 수평 단면적(28)이란 감풍 영역(13)의 수평 단면의 최대값를 나타낸다. 또한, 감풍 영역 길이(29)란 감풍 영역(13)의 외기 유입구(10)측 경계로부터 흡기구(10)측(매진 채취구(1)에서 외기에 직접 배기를 행하지 않는 경우) 또는 매진 채취구(1)로부터 외기에 직접 배기를 행하는 경우의 배기구(8)측(BSNE의 경우)이나 하류측 외기 유입구(10)측(본 실시 형태의 경우)을 연결하는 직선 길이이다. 구체적인 감풍 영역 위치 및 감풍 영역 길이의 값을 파악하기 위해서는, 예를 들면 매진 채취구(1) 내에 유속계를 배치하여 매진 채취구(1) 내에서의 풍속 분포를 구하여 저풍속의 영역을 식별하면 된다.

또한, 강하 매진 포집 파라미터의 물리적 의미를 설명한다. 특정한 풍속으로 매진 채취구(1)에 유입한 외기는 [외기 유입구(10)의 단면적]/[감풍 영역 수평 단면적(28)]의 값에 비례하여 감풍 영역에서의 대기 및 대기중의 강하 매진의 평균 체류 시간이 증대한다. 또한, [감풍 영역 길이(29)]/[외기 유입구(10)의 단면적]의 값이 클수록 감풍 영역(13)에 있어서 풍속의 균일성이 향상된다. 즉, 외기 유입구(10)측 경계로부터 배기구(8) 또는 흡기구(10)측까지 감풍 영역(13)의 일부의 영역만을 고속으로 통과하는 불어 지나감 감소를 방지하는 효과는 [감풍 영역 길이(29)]/[외기 유입구(10)의 단면적]의 값이 클수록 높아진다. 불어 지나감 현상은 감풍 영역(13)에 있어서의 대기중의 강하 매진의 평균 체류 시간을 현저하게 단축하기 때문에 포집 효율을 크게 악화시킨다. 따라서, 강하 매진 파라미터가 큰 상태란, 감풍 영역(13)에서 대기중의 강하 매진이 장시간 평균적으로 체류하기 때문에 강하 매진의 자유 낙하에 의한 강하 매진의 포집 효율이 높아지기 쉬운 상태라고 할 수 있다. 따라서, 강하 매진 포집 파라미터가 클수록 매진 채취구(1)에 있어서의 강하 매진의 포집 효율은 높아진다. 즉, 강하 매진 포집 파라미터를 이용함으로써, 특정한 매진 채취구(1)에서의 강하 매진 포집 효율을 정리할 수 있다.

강하 매진 포집 파라미터와 개개의 포집 장치의 포집 효율의 관계를 보다 구체적으로 설명한다.

도 11에 있어서, SPM계는 도 3에 도시하는 매진 채취구를 이용한 경우에 상당하고, 외기 유입구(10)에 유입한 대기는 감속하는 일이 없기 때문에 감풍 영역(13)은 존재하지 않고, 감풍 영역 체적은 0이 된다. 이때, 조대한 강하 매진 입자를 매진 채취구에서 흡인하는 것은 거의 불가능하기 때문에 강하 매진 포집 효율은 현저하게 낮다. 특허 문헌 3에 나타나는 SPM계에 종종 이용되는 도 6a, 6B에 도시하는 형상의 매진 채취구(1)에 있어서는 콘 형상의 방해판(14)의 하방에 감풍 영역(13)이 형성된다. 그러나, 외기 유입구는 전체 둘레에 개구를 갖는 면적이 큰 것이고, 강하 매진 포집 파라미터의 값은 작다. 또한, 외기 유입구(10)로부터 매진 채취구(1)에 유입한 대기의 대부분은 방해판의 주위를 수평 방향으로 우회하는 17의 유로를 취하기 때문에, 애당초 감풍 영역에 유입하는 대기의 비율이 낮다. 이로 인해, 도 6a, 6b의 매진 채취구에서도 강하 매진의 포집 효율은 작고, 강하 매진 채취구로서 적합하지 않다. SPM계에 있어서는 대기중을 자유 낙하할 수 있는 조대한 강하 매진으로부터 SPM을 분리해서 SPM만을 포집하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, SPM계에 있어서 매진 채취구(1)의 강하 매진 포집 효율이 낮은 것은 당연하다.

또한, BSNE나 SUSTRA는 강하 매진의 포집을 목적으로 한 장치이기 때문에, 이들 장치에는 감풍 영역이 존재한다. 그러나, 이들 장치에서는 감풍 영역 체적에 대하여 외기 유입구 면적이 크기 때문에 강하 매진의 포집 효율은 낮다.

MWAC는 강하 매진 포집 파라미터의 값이 비교적 크고, 이때 강하 매진의 포집 효율도 높은 값을 나타내는 경우가 있다. 그러나, MWAC에는 외기 풍향에 대한 강하 매진 포집 효율의 의존성이 극단적으로 강하다고 하는 큰 결점이 존재한다. 이 결점은 이하의 이유에 의한 것이다. MWAC의 외기 유입구(10)의 개구 부근은 직관이기 때문에, 외기 유입구에 유입하는 대기는 유입 직후에 직관의 축 방향의 속도가 되어야만 한다. 이로 인해, 외기 유입구(10)의 축 방향과 외기의 풍향이 상이한 경우에는 외기 유입구(10)에서 급격하게 대기의 방향을 변경하는 것에 의한 유입 저항이 커지고, 외기의 유입량이 감소함과 함께 유입 대기의 방향의 급변에 외기중의 강하 매진 흐름이 추종할 수 없어 외기 유입구(10)에의 강하 매진의 유입량이 감소한다. 이로 인해, MWAC에서는 강하 매진의 포집 효율이 풍향에 따라 크게 변화한다. MWAC에 있어서는 외기 풍향이 외기 유입구와 일치하는 경우에만 강하 매진의 높은 포집 효율을 나타낸다.

본 실시 형태에 있어서는 외기 유입구(10)는 매진 채취구(1)의 둘레 방향에 단속적으로 존재하기 때문에, 강하 매진 포집 파라미터의 값을 종래의 장치보다도 크게 설정할 수 있다. MWAC의 최대시의 효율과 같은 수준으로 강하 매진의 포집 효율을 얻고자 하는 경우에는 강하 매진 포집 파라미터의 값을 100[1/㎜] 정도로 설정하면 된다. 이는 예를 들면 상단부 직경 45㎜ 높이 60㎜의 시판의 깔때기 형상 레쥬서의 상단부에 폭 3㎜ 높이 7㎜의 외기 유입구(10)를 8개소 설치한 경우에 상당한다. 깔때기 형상 레쥬서와 외기 유입구(10)의 치수는 강하 매진 포집 파라미터의 필요 조건을 만족하도록 적절하게 조건 설정할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 매진 채취구(1)의 대부분의 표면은 외기에 대하여 개방하고 있지 않다. 이로 인해, 개구가 큰 다른 방식에 비해 본 실시 형태의 매진 채취구(1)는 주위의 대기에 대한 공기 저항이 크다. 이로 인해 하류측의 매진 채취구(1) 표면에서는 큰 부압이 발생한다. 그 결과, 하류측의 외기 유입구(10)에서는 매진 채취구(1) 내의 대기를 흡인해서 유출시키는 힘이 작용한다. 이로 인해 외기 유입구(10)가 상대적으로 작아도 또한 외기 유입구와 외기의 풍향차가 존재하는 경우라도 매진 채취구(1)의 환기가 특별히 악화하는 일은 없다. 예를 들면, MWAC도 대기 유입구(10)의 개구 면적은 상대적으로 작지만, 이 장치의 경우, 하류측의 배기구(8) 주변에서는 특별히 감압 조건이 아니기 때문에, 매진 채취구(1)의 환기는 외기 흐름의 관성력에 기초한 외기 유입구(10)에의 외기 유입의 효과만 기대할 수 있다. 이로 인해, MWAC에서는 매진 채취구(1)의 환기 효율이 저하하기 쉽고, 강하 매진 포집 효율을 저하시키는 큰 요인이 된다.

본 실시 형태에서는 포집한 강하 매진량을 연속적으로 측정하기 위해서, 좁은 흡기구(9)로부터 매진 채취구 내의 대기의 흡인을 행한다. 흡인을 행하는 이유는 좁은 흡기구로부터 흡인을 행함으로써 강하 매진을 포함한 대기를 좁은 단면적에 수렴시켜 강하 매진의 공간 밀도나 강하 매진 유속을 높임으로써, 미량의 강하 매진량 측정을 고정밀도로 행하기 위해서이다.

미량의 강하 매진량 계측은 단시간 주기로 강하 매진량을 계측해야만 하는 매진량의 연속 측정 장치에서는 필요 불가결한 기술이다. 흡인을 행하는 것에 의한 강하 매진의 포집 효율에 미치는 영향에는 득실이 존재한다. 우선 흡인을 행하는 경우의 이점으로서, 흡인이 존재하지 않는 BSNE 등의 단순한 포집기보다도 강하 매진 포집 효율을 높게 할 수 있다. 예를 들면, 외기 풍속이 낮은 경우라도 본 실시 형태에서는 흡기를 행함으로써 일정량의 강하 매진은 포집할 수 있다. 이러한 경우, BSNE에서는 풍속이 낮기 때문에 매진 채취구에 유입하는 강하 매진량이 적어서 강하 매진 포집량도 감소한다. 한편, 흡인을 행하는 경우의 결점으로서, 강하 매진의 수평 유속의 파악의 관점에서는 저풍속시에 흡인에 의한 강하 매진의 포집량이 크면, 외기 풍속과 강하 매진 포집량이 관계 없어지기 때문에 정밀도가 낮아지는 것을 들 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에 있어서는 흡인을 행하지만, 전술한 결점을 배려하여 흡기구(9)에서의 대기 흡인량을, 매진 채취구(1) 내에의 외기 풍속에 의한 자유로운 유입 대기량보다도 작게 해야 한다. 즉, 흡기구(9)에서의 대기 흡인량은 하류측 외기 유입구(10)에서의 대기 유출량보다도 작게 해야 한다. 흡인을 행하고 있는 한 무풍시에는 이 조건을 만족할 수는 없다.

그러나, 기상 관측상에서 일반적으로 무풍이라고 간주되는 1m/s 미만의 풍속에서는, 애당초 강하 매진의 수평 유속을 문제삼는 일은 적다. BSNE에서도 풍속 1m/s 미만에서는 외기 유입구(10)의 방향이 풍향에 추종하지 않기 때문에, 정확한 강하 매진 수평 유속을 얻을 수는 없다. 예를 들면 외기 풍속 1m/s의 조건으로 상기한 흡인량 조건을 만족하도록 흡인량을 설정함으로써, 실용상의 문제를 발생시키지 않고, 강하 매진의 수평 유속을 측정할 수 있다. 구체적으로는 특정 형상의 매진 채취구(1)를 풍동 등의 일정류 중에 배치하여 특정한 흡인 유량으로 흡기구(9)로부터 흡기를 행한다. 이때 하류측 외기 유입구(10)로부터 유출하는 대기 유량을 열선 유속계 등으로 계측한다. 이 계측값을 유량으로 환산함으로써, 그 형상의 매진 채취구에서 그 흡인 유량이 적합한지를 판단할 수 있다.

(연속식 매진량 계측 장치(6))

연속식 매진량 계측 장치(6)에는 시판되고 있는 각종 매진량 계측 장치를 이용할 수 있다. 매진량으로서 질량을 계측하는 경우, 매진 포집 필터를 정기적으로 교환 가능한 시판의 β선 흡수형 질량 계측기 등을 이용하여 정밀도가 높은 질량 측정을 행할 수 있다. 매진량으로서 단순히 정성적인 매진량의 다과를 구하면 되는 경우에는 시판의 광투과식 입자 농도계를 이용할 수 있다. 또한, 수동에 의한 빈번한 매진 포집 필터 교환을 행하는 것을 전제로 로우볼륨 샘플러를 의사적으로 연속식 매진량 계측 장치로서 적용할 수도 있다.

이들 장치에 유입하는 대기중에 엄밀하게는 강하 매진 이외에 보다 미소한 SPM 등의 입자가 포함되어 있다. 이 SPM 입자의 질량 농도가 강하 매진의 질량 농도에 비해 충분히 작은 것이 미리 알려져 있는 환경 하에서는 이들 장치에 의해 측정된 매진 질량을 강하 매진 질량이라고 간주하여도 된다. 또한, SPM의 질량 농도를 무시할 수 없는 경우에는, 예를 들면 β선 흡수식 질량 계측기에 있어서 매진 포집 필터의 구멍 직경을 크게 설정함으로써, 조대한 매진(예를 들면 직경 10㎛ 이상)만을 포집할 수 있다. 이 방법으로 포집물의 질량을 계측함으로써 강하 매진만의 질량을 계측할 수 있다.

단위 시간당 매진량을 계측하는 연속식 매진량 계측 장치(6)에 의해 시계열적으로 계측된 매진량 계측값은, 도시하지 않은 표시기에 표시하거나 또는 도시하지 않은 기록 장치에 기록하여 사후적으로 데이터를 참조 가능하도록 하거나 또는 도시하지 않은 전송 장치에 의해 원격의 수신 장치에 대하여 데이터 전송을 행한다. 이들 어느 방법에도 종래 기술을 이용할 수 있다. 예를 들면, 표시 장치로서 모니터를 이용할 수 있다. 기록 장치로서 프린터나 하드 디스크 장치 등을 이용할 수 있다. 전송 장치로서 LAN에 접속 가능한 계산기를 이용할 수 있다.

(블로워 또는 압축기(7))

이들 장치는 종래 기술의 것을 그대로 유용할 수 있다. 예를 들면, 원심식 블로워 또는 압축기, 축류식 블로워 또는 압축기 또는 체적형 블로워 또는 압축기를 이용할 수 있다.

(배기구(8))

배기구(8)는 본 실시 형태의 강하 매진 수평 유속의 연속 계측 장치 내부에 흡인한 대기를 계외에 배기하는 부위이다. 배기구는 개구를 구비한 단순한 관이어도 되고, 내후성을 높이기 위해서 루버 구조로 하여도 된다.

(강하 매진량 수평 유속의 산출 방법)

단위 시간당 연속식 매진량 계측 장치(6)로 계측된 강하 매진량을 외기 유입구의 유효 개구 면적으로 나눔으로써 강하 매진량 수평 유속 값을 산출할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서의 외기 유입구 유효 개구 면적이란, 외기 유입구 중 외기가 실제로 유입하는 개구 면적의 풍향에 대한 수직면에의 투영 면적의 합계이고, 장치 고유의 값을 갖는다. 외기가 유입하는 개구를 특정하기 위해서는 예를 들면 본 장치를 풍동 내에 배치하여 일정 풍속 조건 하에서 매진 채취구(1) 근방의 흐름장을 측정함으로써, 개개의 외기 유입구에서의 외기 유입의 유무를 판정하면 된다.

또한, 일반적으로 매진 채취구(1)의 공기 저항에 의해 외기 유입구 개구에서의 외기의 유입 평균 유속은 외기의 풍속보다도 작아지고, 그 결과 외기와 함께 매진 채취구(1)에 유입하는 강하 매진 질량도 외기 풍속으로 외기가 매진 채취구(1)에 유입하는 경우에 비해 적어진다. 즉, 매진 채취구(1)에서의 강하 매진 포집 효율은 일반적으로 100%보다도 낮은 값이 된다. 따라서, 강하 매진량 수평 유속을 산출할 때에 상기한 방법으로 산출된 강하 매진량 수평 유속을 미리 구한 강하 매진 포집 효율로 나누어 강하 매진량 수평 유속 값을 보정하여도 된다. 강하 매진 포집 효율을 미리 구하는 방법으로서는 예를 들면 이하의 것을 이용하여도 된다. 우선, 본 장치를 풍동 내에 배치하여 상류로부터 특정 종의 강하 매진을 일정 농도로 일정 시간 방출한다. 이때, 본 장치에 포집된 단위 시간당 강하 매진 질량, 상기한 방법으로 구한 외기 유입구 유효 개구 면적 및 풍동 내에서의 강하 매진량 수평 유속의 평균값을 구한다. 이 평균값을 이용하여 이하의 식으로 강하 매진 포집 효율을 산출한다.

[강하 매진 포집 효율]=[본 장치에 포집된 단위 시간당 강하 매진 질량]/([외기 유입구 유효 개구 면적]·[풍동 내에서의 강하 매진량 수평 유속의 평균값])으로 하면 된다. 풍동 내에서의 강하 매진량 수평 유속의 평균값은 비특허 문헌 2에 기재되는 방법 등으로 구하면 된다. 여기서, 「특정 종」이란 복수 종의 강하 매진 종의 혼합물이어도 되고(미리 지정되어 있으면 좋다), 또한 매진 종마다 복수의 시험을 실시하여도 상관없다. 예를 들면, 계측 지점에서 대표적인 매진 구성률을 모의해서 시험하여도 된다.

이상의 강하 매진량 수평 유속의 산출시에는 도시하지 않은 연산 장치를 장치 내에 설치하여 연속식 매진량 계측 장치와 데이터 통신선으로 접속하고, 연속식 매진량 계측 장치에 의한 매진량 측정값을 상기 연산 장치가 수신하고, 그 측정값을 기초로 상기 연산 장치가 강하 매진량 수평 유속을 산출 및 기록하여도 되고, 연속식 매진량 계측 장치의 매진량 측정값을 이용하여 사후적으로 오프라인에서 산출하여도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는 외기의 풍속과는 관계없이 포집한 강하 매진량이 외기중의 강하 매진량 수평 유속에 비례한다. 따라서, 강하 매진량 수평 유속의 경향 관리를 목적으로 하여 강하 매진량 수평 유속의 절대값을 필요로 하지 않는 경우에는 본 실시 형태의 장치에서의 강하 매진량 측정값의 규준값을 미리 정하고, 본 실시 형태에서의 연속식 매진량 계측 장치로 시계열적으로 얻어지는 강하 매진량 측정값을 상기 규준값으로 나눈 것을 상대적인 강하 매진 수평 유속으로 할 수도 있다.

(강하 매진 발생원의 탐색)

본 장치에서의 강하 매진량 수평 유속의 시계열 측정값을 바람 등의 기상 조건의 시계열 실측값과 조합하여 분석함으로써, 농지나 공장 등이라는 강하 매진 발생원의 탐색을 행할 수 있다. 예를 들면, 어떤 시각에 있어서의 강하 매진량 수평 유속의 측정값은, 그 시각의 풍향의 상류측에 존재하는 강하 매진 발생원으로부터 발생한 강하 매진에 대응하는 것이라고 생각된다. 보다 많은 강하 매진 수평 유속을 검출하였을 때의 풍향의 상류 방향에 존재하는 강하 매진 발생원 중에 이 강하 매진 수평 유속 관측 지점에 있어서의 주요한 발진원이 존재하는 것이라고 추정할 수 있다.

[제2 실시 형태]

도 14를 이용하여 본 발명의 제2 실시 형태를 설명한다. 제2 실시 형태에서는 연속식 매진량 계측 장치로서 파티클 카운터(11)를 이용한다. 파티클 카운터는 시판하는 것을 이용할 수 있다. 시판되는 파티클 카운터의 대부분에서는 그 내부에 흡기용 블로워 또는 압축기를 구비하고 있기 때문에, 도 14에서는 파티클 카운터(11)의 외부에 블로워 또는 압축기를 특별히는 설치하고 있지 않다. 또한, 파티클 카운터에는 통상 배기구가 구비되어 있기 때문에, 파티클 카운터(11)가 흡인한 모든 대기 및 일부 또는 모든 매진은 내후성의 보호 하우징(12)의 내부에 배출된다. 이 보호 하우징 내부에 배출된 대기 및 매진은 보호 하우징에 설치한 배기구(8)를 통과하여 외기중에 자연스럽게 유출한다. 또한, 파티클 카운터 자신이 내후성을 구비하고 있거나 또는 내후성을 애당초 필요로 하지 않는 경우에는 보호 하우징(12)을 설치하지 않는, 도 15와 같은 형태(본 발명의 제3 실시 형태)로 하여도 된다.

파티클 카운터를 연속식 매진량 계측 장치로서 이용하는 것의 이점은 이하와 같다. 첫째, 파티클 카운터에서는 매진을 일단 포집하지 않고 대기중을 유동한 상태로 비접촉적으로 매진량(매진 개수)을 계측할 수 있다. 이로 인해, 안개 등의 미소한 물방울이 연속식 매진량 계측 장치 내에 침입한 경우라도 연속식 매진량 계측 장치 내부의 기기류가 물에 젖는 것에 의한 고장이나 측정 오차가 발생하기 어렵다. 이 관점에서는, 흡인한 대기의 일부를 장치 내부에 순환시켜 흡기 대기로부터 장치 내부의 기기를 시일하는 시판의 시스 에어형 파티클 카운터로 현저한 효과가 얻어진다.

두 번째 이점은, 파티클 카운터는 구조가 비교적 간이하고, 블로워 또는 압축기 이외의 가동부도 적기 때문에 장치의 소형화가 용이하고, 그 결과 보호 하우징(12)도 소형화할 수 있다. 보호 하우징이 큰 경우, 하우징으로부터 그 하우징의 대표 길이와 동일한 정도의 거리의 범위에서는 외기의 흐름은 하우징의 저항을 받아 크게 편류한다. 이 편류 영역에 매진 채취구(1)를 설치하면, 편류가 없는 경우에 비해 편류의 영향으로 매진의 포집 효율이 크게 변화된다. 이로 인해, 매진 채취구(1)는 적어도 보호 하우징(12)의 대표 길이 정도 보호 하우징(12)보다도 이격해서 설치할 필요가 있다. 큰 하우징의 경우, 그 사정에 따라 흡기관(5)을 길게 설치하여야만 한다. 흡기관(5)이 긴 경우, 흡기 저항의 증대에 의한 블로워 또는 압축기의 대형화나 흡기관 내면에 대한 매진 입자 부착의 측정에의 악영향 등의 문제가 발생할 수 있다. 파티클 카운터를 이용한 경우, 하우징 대표 치수가 작아도 되기 때문에, 흡기관(5)의 길이를 작게 하여도 되고, 이들 문제에 대하여 유리하다.

세 번째 이점으로서, 파티클 카운터로 개개의 매진을 검지할 때의 매진 입자에 의한 조사광의 산란(또는 반사)량의 크기로부터 검지한 입자의 개략의 치수를 추정할 수 있다. 본 실시 형태에서는 비교적 조대한 입자인 강하 매진만을 측정 대상으로 하고 있다. 이로 인해, 조사광 산란량이 큰 입자(예를 들면, 직경 10㎛ 이상 상당)만을 검지하도록 장치를 설정함으로써 파티클 카운터로 강하 매진만을 계수할 수 있다.

[제4 실시 형태]

도 16를 이용하여 본 발명의 제4 실시 형태를 설명한다. 도 16은 도 14에 도시한 제2 실시 형태의 장치에 풍속계(31)와 연산 장치(30)를 추가한 것이다. 풍속계(31)는 매진 채취구(1)의 근방에 설치할 수 있다. 풍속계(31)는 하우징에 직접 설치하여도 되고, 독립된 가대를 설치하고, 그 위에 설치하여도 된다. 풍속계(31)로서는 시판의 풍배형 풍속계나 프로펠러식 풍속계를 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서의 매진 채취구(1)는 거의 축 대칭의 형상이기 때문에 강하 매진 포집 효율의 풍향 의존성은 작다. 이로 인해, 풍속계(31)에 종종 부가되어 있는 풍향 계측 기능은 반드시 필요한 것은 아니다. 풍속계에 의해 측정된 단위 시간당 평균 풍속 데이터는 풍속계에 접속된 기록 장치(30)에 송신된다. 또한 이 연산 장치(30)는 연속식 매진량 계측 장치인 파티클 카운터(11)에도 접속되어 있고, 파티클 카운터(11)로 측정된 순간 매진량 데이터도 이 연산 장치(30)에 송신된다. 연산 장치(30)로서는 예를 들면 시판의 퍼스널 컴퓨터를 이용할 수 있다.

연산 장치(30)에서 수신한 동 시각의 상기 순간 매진량 데이터 및 상기 단위 시간당 평균 풍속 데이터는, 이하의 식을 연산 장치(30)가 실행함으로써 대기중의 순간 강하 매진 농도(순간 외기중 강하 매진 농도)로 환산된다(하기 식 1).

[순간 외기중 강하 매진 농도]=[순간 강하 매진량 측정값]/([평균 풍속 측정값]×[유효 외기 유입구 면적])…식 1

여기서, 「순간」이란 일정 단시간(예를 들면 1분이나 1시간)의 연속 측정값의 평균 또는 일정 단시간 중의 단속적인 계측값의 산술 평균 또는 어떠한 이벤트 발생시(예를 들면, 일정 시간 주기로 기동하는 클록)의 계측값을 의미한다.

또한, 여기서 유효 외기 유입구 면적이란 외기 유입구(10) 중 외기의 유입에 기여하였다고 평가되는 부분의 외기 유입구 면적의 합계이다. 이 값은 유량계를 이용한 시험 등에 의해 구한 매진 채취구(1) 내를 통과하는 대기 유량을 외기 풍속으로 나눔으로써 얻어진다. 외기의 유입에 기여하였다고 평가되는 부분의 외기 풍속을 구하기 위해서는, 개개의 외기 유입구 근방에 풍향 풍속계를 배치하고, 그 외기 유입구로부터의 외기의 유입량을 측정하여 판단하면 된다. 대기중의 강하 매진 농도를 상기 식으로 계산할 수 있는 이유는 제1, 제2 실시 형태에 있어서 연속식 매진량 계측 장치(6)로 계측되는 순간 강하 매진량, 즉 일정 시간당 계측된 매진량이 전술한 바와 같이 높은 정밀도로 강하 매진의 수평 유속에 대응 지어 있기 때문이다. 즉, 매진 채취구(1) 내에 유입한 강하 매진의 대부분을 연속식 매진량 계측 장치(6)에 흡인할 수 있기 때문에 상기 계산이 유효해진다.

종래의 고정식 매진 채취구(1)를 이용한 측정의 경우, SPM계에서와 같이 강하 매진의 포집 효율이 낮거나 또는 MWAC에서와 같이 풍향 풍속 변동의 강하 매진 포집 효율에 미치는 영향이 크게 변동하는 등의 이유에 의해, 본 실시 형태와 유사한 방법으로 풍속계 데이터를 이용하여 대기중 강하 매진 농도를 산출하여도 높은 측정 정밀도를 얻을 수는 없다. 또한, 종래 기술에서 대기중 강하 매진 농도를 고정밀도로 측정하고자 한 경우에는, 예를 들면 외기 풍향 풍속에 추종하면서 등속 흡인을 행하는 등의 복잡한 기구나 장치 제어가 필요하게 된다. 한편, 본 실시 형태에서는 고정된 매진 채취구(1), 일정 유량으로의 흡인을 행하는 흡기계 및 범용의 풍속계만을 이용하여 간편 또한 고정밀도로 대기중 강하 매진 농도를 측정할 수 있다.

연산 장치(30)에서 산출된 상기한 대기중 강하 매진 농도는 연산 장치에 도시하지 않은 모니터 등의 출력 장치를 접속하여 표시시켜도 되고, 도시하지 않은 기록 장치를 연산 장치(30)에 접속하여 이 기록 장치에 데이터를 보존하여도 된다. 얻어진 대기중 강하 매진 농도는 단순히 대기중의 강하 매진 농도의 다과의 지표로서 정점에서의 경향 관리 등에 이용하여도 되고, 대기중 강하 매진 농도에 별도로 구한 강하 매진의 평균 강하 속도를 곱하여 강하 매진 속도로 환산하여도 된다.

<실시예>

(실시예 1)

도 9a 내지 9d에 도시하는 구조의 매진 채취구를 도 8의 구성에 적용한 장치를 이용하여 강하 매진 수평 유속의 연속 측정을 옥외에서 실시하였다.

매진 채취구(1)의 측벽(2)에는 JIS 규격 스테인리스제 레쥬서 5K, 1-1/2×1/2의 레쥬서(레쥬서 상단부 외경:48㎜, 하단부 외경:21.7㎜, 축 방향 길이 63㎜)를 이용하고, 이 관벽에 상단부로부터 폭 3㎜, 깊이 7㎜의 개구를 둘레 방향에 8개소 가공하여 외기 유입구(10)로 하였다. 마찬가지로 관벽의 상단부로부터 폭 4㎜, 깊이 25㎜의 개구를 둘레 방향에 4개소 가공하고, 여기에 폭 40㎜, 길이 25㎜, 두께 4㎜의 스테인리스 평판 4매를 삽입하여 이것을 구획판(4)으로 하였다. 구획판은 직경 150㎜, 두께 2㎜의 스테인리스 원판인 천판(3)에 나사 고정 고정하였다. 따라서, 천판(3) 직경과 측벽(2) 상단부 직경의 차는 102㎜가 되었다. 천판(3)과 측벽(2) 상단부 및 측벽(2)과 구획판(4) 사이의 접속에는 에폭시계 수지 접착제를 이용하여 결합 및 시일을 행하였다. 상기 측벽(2)의 하단부, 즉 흡기구(9)에는 직경 1인치의 스테인리스 관을 용접하고, 또한 상기 스테인리스 관의 하단부에 외경 6㎜의 스테인리스 관을 스테인리스제 레쥬서를 통하여 용접함으로써, 이들 스테인리스관을 흡기관(5)으로 하였다.

연속식 매진량 계측 장치(6)로서 시판의 β선 흡수형 질량 계측기를 이용하고, 상기 흡기관(5)의 하단부를 β선 흡수형 질량 계측기의 유입구에 삽입하여 고정하였다. β선 흡수식 질량 계측기의 내부에는 매진의 포집 필터가 설치되어 있고, β선 흡수식 계측기에 유입한 대기중의 대부분의 강하 매진을 상기 포집 필터에 포집하였다. 상기 포집 필터 상에서 포집된 강하 매진의 1시간마다의 질량 측정값의 증분을 강하 매진 포집 측정값으로 하여 도시하지 않은 퍼스널 컴퓨터에 1시간마다 통신선 경유로 데이터 전송하였다. 송신된 상기 1시간마다의 강하 매진 포집량 측정값은 상기 퍼스널 컴퓨터의 내부에서 시간(1시간) 및 미리 등록해 둔 외기 유입구 유효 면적으로 나누어 이 측정 시각에 있어서의 강하 매진의 수평 유속 측정값을 구하였다. 이 값은 퍼스널 컴퓨터 내부의 하드 디스크에 기록, 보존하였다. 상기 측정 시각에는 퍼스널 컴퓨터에 내장되는 시계를 이용하여 퍼스널 컴퓨터가 인식한 측정값의 수신 시각을 적용하였다. 이렇게 해서 강하 매진의 수평 유속의 시계열 데이터를 기록하였다.

상기 포집 필터를 통과한 모든 대기와 미소한 매진은 β선 흡수형 질량 계측기의 유출구로부터 유출하였다. 상기 유출구에는 시판의 다이어프램식 압축기(7)가 통기관(26)을 통하여 접속되고, 상기 다이어프램식 압축기(7)로 상기 매진 채취구(1)로부터 상기 β선 흡수형 질량 계측기를 통과하는 기류를 구동하였다. 여기서, 흡기 유량을 2L/min으로 설정하였다. 상기 통기관은 비를 피하기 위한 루버를 설치한 개구인 배기구(8)에 접속하고, 장치 내에 흡인한 대기 및 일부의 매진을 상기 배기구(8)로부터 계외에 배기하였다. 상기 β선 흡수식 질량 계측기(6), 다이어프램식 압축기(7) 및 통기관(26)은 내후성을 구비한, 용융 아연 도금 강판제의 1변 1m의 입방체의 상자인 하우징(12)의 내부에 수용하였다. 또한, 흡기관(5)의 하우징(12) 상부에 노출하는 길이를 700㎜로 하였다. 장치의 중량은 120kg이었다.

옥외 시험의 방법은 이하와 같다. 본 장치를 주위에 200m로 높은 장해물이 존재하지 않는 지상 5m의 작업 데크 상에 강우가 없는 날을 선택해서 설치하여 연속 측정을 12시간 실시하였다.

비교를 위해서 본 장치에 인접하여 흡기구 방향과 흡기 유속을 수동으로 변경할 수 있는 하이볼륨 샘플러와 풍향 풍속계를 설치하고, 이들을 이용하여 수동으로 등속 흡인을 시험 시간 중 유지하였다. 즉, 상기 풍향 풍속계의 순간의 측정값을 육안으로 확인한 후, 수동으로 상기 하이볼륨 샘플러의 흡기구 방향을 상기 풍향 측정값에 일치시켰다. 이와 함께, 상기 하이볼륨 샘플러의 흡인 유속을 상기 풍속 측정값에 일치시켰다. 이 작업을 실험 중 상시 실시하였다. 하이볼륨 샘플러의 매진 포집 필터를 1시간마다 교환하여 그 질량을 오프라인에서 수동으로 측정함으로써, 1시간마다의 매진 포집 질량을 구하였다. 이 값을 시간(1시간) 및 하이볼륨 샘플러 흡기구 개구 면적으로 나눔으로써, 이 포집 시각에 있어서의 강하 매진의 수평 유속으로 환산하였다. 또한, 본 실시예에 있어서의 측정값 점에서 사전 조사를 행하고, 이 지점에서의 대기중의 SPM 질량 농도는 강하 매진 질량 농도에 비해 충분히 작은 것을 확인하였다. 따라서, 본 실시예에 있어서 각 계측기에 있어서의 매진 포집량은 모두 강하 매진 포집량인 것으로 간주하였다.

그 결과, 본 장치에서 단위 시간당 포집된 강하 매진 질량을 유효 외기 유입구 면적으로 나누어 구한 강하 매진량(질량) 수평 유속 측정값은 평균 0.15㎎/㎡s였다. 이에 대하여, 하이볼륨 샘플러에 의한 측정값과 본 장치에서의 측정값 간의 동 시각에서의 차는 평균 0.02㎎/㎡s, 표준 편차 0.01㎎/㎡s로 작고, 본 장치에서는 등속 흡인과 같은 수준의 고정밀도로 매진량(질량)의 수평 유속을 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다.

여기서, 외기 유입구의 유효 개구 면적의 산출 방법을 설명한다. 복수의 외기 유입구의 각각에 대하여 외기가 유입하는 개구 면적의 풍향에 대한 수직면에의 투영 면적을 계산하고, 그 합계를 유효 개구 면적으로 정의하였다. 외기가 유입하는 개구를 특정하기 위해서, 본 장치를 풍동 내에 배치하여 일정 풍속을 측면으로부터 부여하고, 16개소의 외기 유입구의 근방에서의 풍향을 측정하고, 평균적으로 외기가 매진 채취구 내에 유입하는 방향이 되는 외기 유입구를 유효 면적을 산출하기 위한 대상으로 하였다. 다양한 풍향 조건에서 측정을 행한 결과, 외기 유입구의 유효 개구 면적은 평균적으로 단독의 외기 유입구 개구 면적의 1.6배였다.

이 방법은 가장 엄밀한 외기 유입구의 유효 개구 면적의 산출 방법이지만, 강하 매진의 수평 성분 측정값에 요구되는 정밀도가 보다 낮아도 되는 경우, 혹은 유효 개구 면적 산출시에 발생하는 오차도 포함시켜 강하 매진 포집 효율로 보정하는 경우에는 보다 간편한 유효 개구 면적의 정의이어도 된다. 예를 들면, 외기 유입구 중 중심축의 수직면 내에서 중심축으로부터 70°의 범위 내에 평균적으로 존재하는 외기 유입구의 면적의 합계로 하여도 된다. 이는 전술한 바와 같이 풍향에 대한 개구면의 법선이 35° 이하인 경우에 외기가 그 외기 유입구로부터 매진 채취구 내에 평균적으로 유입하는 경우가 많기 때문이다. 또한, 보다 단순하게 단일의 외기 유입구의 면적을 유효 개구 면적으로 하여도 된다. 또한, 이들 면적의 풍향에 대한 수직면에의 투영 면적을 유효 개구 면적으로 하여도 된다. 이들 정의에 의한 유효 개구 면적값의 사이에서는 값을 서로 용이하게 변환할 수 있기 때문에, 미리 유효 개구 면적의 정의를 명확하게 지정해 두면 충분하다.

또한, 하이볼륨 샘플러를 이용한 등속 흡인에 의한 매진량 계측은 정밀도가 높다. 그러나, 기측에서 수동으로 장치의 방향과 흡인 유량을 변경하여야만 하고, 또한 포집 필터를 수동으로 빈번히 교환해야만 한다. 이들 점에서 연속 계측에 하이볼륨 샘플러를 적용하는 것은 계측에 필요로 하는 인건비의 관점에서 본래 적당하지 않다.

(비교예 1)

도 6a 내지 6b에 도시하는 종래형의 매진 채취구(1)와, 상기 매진 채취구(1)의 하단부에 사이클론을 구비하고, 흡인 대기중의 강하 매진만을 별도로 설치된 포집 용기에 포집하는 SPM 계측 장치를 이용하였다. 이 SPM 계측 장치는 시판의 베타선 흡수식 질량 계측형 연속식 SPM 계측 장치이다. 계측 장치 이외의 조건을 모두 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 1의 시험을 실시하였다. 상기 포집 용기를 1시간마다 교환하여 포집된 강하 매진을 회수하고, 그 질량을 시험 후에 오프라인에서 측정하였다. 이 측정값을 1시간마다의 강하 매진 포집 질량 측정값으로 하였다. 본 장치로 측정한 상기 강하 매진 포집 질량 측정값을, 본 장치에 병설한 비교 계기인 등속 흡인을 행하는 하이볼륨 샘플러에서의 강하 매진 포집 질량 측정값과 비교하였다. 이 양 측정값의 비교시에는 본 장치와 하이볼륨 샘플러 간의 매진 채취구(1)의 외기 유입구(10)의 개구 면적 차의 영향을 반영하기 위해서, 본 장치에서의 강하 매진 포집 효율이 100%일 때에 본 장치에서의 강하 매진 포집 질량 측정값이 상기 하이볼륨 샘플러에 의한 강하 매진 포집 질량에 일치하도록 상기 하이볼륨 샘플러에 의한 강하 매진 포집 질량 측정값을 보정하였다.

비교예 1의 장치로 1시간마다의 강하 매진 질량 측정값을 계측하고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 강하 매진 수평 유속 산출 값을 산출하였다. 그 결과를 상기 하이볼륨 샘플러에 의한 1시간마다의 강하 매진 포집 질량 측정값의 계측값 및 상기 강하 매진 포집 질량 측정값으로부터 산출한 강하 매진 수평 유속 산출값과 비교하였다. 그 결과, 비교예 1에서 얻어진 값은 하이볼륨 샘플러에서 얻어진 값의 약 5%의 값이고, 또한 양 측정값 간의 상관 계수도 0.4로 낮은 것이었다. 또한, 외기 유입구의 유효 개구 면적을 구할 때, 이 장치는 개구가 전체 둘레에 걸쳐 단일하기 때문에, 풍동 실험을 행하여 외기 유입구 내에서 외기가 평균적으로 유입하는 부분을 구하였다. 외기 유입구 내에서의 이 부분의 풍향에 대한 수직면에의 투영 면적을 유효 개구 면적으로 하였다. 본 비교예의 장치 구성은 매진 채취구(1)의 형상 이외는 실질적으로 실시예 1과 마찬가지이다. 또한, 전술한 바와 같이 실시예 1에서는 강하 매진의 수평 유속은 고정밀도로 측정할 수 있었다. 따라서, 종래형의 매진 채취구를 이용한 경우, 강하 매진을 효율적으로 포집할 수 없음을 알 수 있었다.

(실시예 2)

실시예 2로서, 도 14에 도시하는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 장치 구성을 이용하여 옥외에서의 연속 측정 시험을 실시하였다. 이 장치에서는 실시예 1과 마찬가지의 매진 채취구를 이용하였다. 단, 이 장치에서는 실시예 1에 있어서의 연속식 매진량 계측 장치(6)와 블로워 또는 압축기의 구성 대신에 파티클 카운터(11)를 이용하였다.

이 파티클 카운터는 시스 에어형이고, 표준 유리 교정 입자 환산으로 직경 10㎛ 이상, 50㎛ 이상 및 100㎛ 이상의 3 단계에서의 대기중 입자를 계수하는 기능을 구비한다.

여기서, 표준 유리 교정 입자 환산으로 직경 10㎛ 초과(상기 50㎛ 이상 및 상기 100㎛ 이상의 입자도 포함된다)의 입자를 강하 매진에 대응하는 것으로 간주하였다. 내후성을 구비한 하우징(12)은 용융 아연 강판제의 1변이 300㎜인 입방체의 상자로 하였다. 흡기관(5)의 하우징(12) 상부에 노출하는 부분의 길이를 100㎜로 하였다.

이하의 방법으로 강하 매진량(즉, 본 장치에서는 강하 매진 수)의 수평 유속을 산출하였다. 파티클 카운터로 1분당 강하 매진 수를 계측하고, 1분마다 그 결과를 퍼스널 컴퓨터(도시하지 않음)에 통신선 경유로 전송하였다. 상기 퍼스널 컴퓨터에 있어서, 상기 강하 매진 수를 시간(1분) 및 미리 등록해 둔 유효 외기 유입구 개구 면적으로 나누어 강하 매진 수의 수평 유속으로 환산하였다. 구해진 시각의 상기 강하 매진수 수평 유속은 퍼스널 컴퓨터의 하드 디스크에 기록, 보존하였다.

본 장치의 중량은 20kg이었다. 본 장치의 설치 장소는 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 측정 기간은 비의 시각도 포함하는 기상 조건으로 1개월간으로 하였다. 그 중, 우천 이외의 특정일의 6시간에서 수평 유속의 측정을 실시하였다.

그 결과, 본 장치에서의 직경 10㎛ 초과, 50㎛ 이상 및 100㎛의 1시간당 강하 매진 계측 수는 모두 비교용의 등속 흡인 장치에서의 강하 매진량(질량) 수평 유속 측정값과 강한 플러스의 상관(상관 계수 0.7 이상)을 나타냈다. 여기서, 상기 1시간당 강하 매진 계측 수를 유효 외기 유입구 면적으로 나누어 강하 매진량(매진수) 수평 유속을 산출하였다. 따라서, 본 장치를 이용하여 측정 및 산출되는 강하 매진량(매진 수) 수평 유속은 강하 매진량(질량) 수평 유속과 높은 상관을 나타냈다. 등속 흡인 장치를 이용하여 측정 및 산출된 강하 매진량(질량) 수평 유속 값은 신뢰성이 높은 것으로 일반적으로 알려져 있다. 이 때문에, 본 실시예에 의해 본 장치에 의한 강하 매진량 수평 유속의 측정 정밀도의 타당성을 확인할 수 있었다.

또한, 우천시를 포함시켜 본 장치에서의 고장은 발생하지 않아 본 장치에서의 양호한 내후성을 확인할 수 있었다. 이와 함께, 본 장치는 완전하게 자동으로 운전할 수 있었다. 본 측정 기간 중에는 상당한 강우량이 존재하고, 장치 내에의 빗방울의 일부의 유입도 확인되었다. 그러나, 파티클 카운터는 원리적으로 극단적으로 다량의 빗방울이 장치 내에 진입하지 않는 한 고장나지 않는다. 따라서, 본시험에서도 강우 중에도 장치가 고장나는 일은 없었다.

(실시예 3)

실시예 2에서는 외기 유입구(10)의 축 방향 길이(깊이)는 7㎜, 구획판(4)의 축 방향 길이가 25㎜였다.

따라서, [구획판(4)의 축 방향 길이]/[외기 유입구(10)의 축 방향 길이]의 값 L2는 25/7=3.57이 된다.

한편, 실시예 3에서는 구획판(4)의 축 방향 길이를 7㎜로 하고, 그 이외의 조건을 모두 실시예 2와 마찬가지로 하여 장치를 구성하였다. 실시예 3의 구성에서는 L2는 7/7=1.00이 되고, 이 값은 2보다 작다.

실시예 2의 장치와 실시예 3의 장치를 병설하여 동시에 강하 매진 측정 시험을 행하였다. 그 결과, 실시예 2의 장치 쪽이 입자 채취구 내에서의 불어 지나감이 적고, 강하 매진의 포집 효율이 높았다. 단위 시간당 강하 매진 평균 검출 수 및 실시예 3과 마찬가지의 방법으로 산출한 강하 매진량(매진 수) 수평 유속 값은 실시예 2의 장치에서의 값의 약 40%였다. 그 외에도 다수의 시험을 행하고, 마찬가지의 계산을 행한 결과, L2가 2 이상인 경우에는 보다 고효율로 강하 매진량이 측정되었다.

(실시예 4)

실시예 4의 장치에서는 구획판(4)의 축 방향 길이를 매진 채취구의 축 방향 길이의 80%(50.4㎜)로 하였다. 그 외의 조건을 모두 실시예 2와 마찬가지로 하고, 실시예 2의 시험과 동시에 실시예 2의 장치에 병설한 장치로 시험을 행하였다. 그 결과, 강하 매진 포집 효율 파라미터의 값은 실시예 2 쪽이 높고, 강하 매진의 포집 효율도 높았다. 단위 시간당 강하 매진 평균 검출 수 및 실시예 2와 마찬가지의 방법으로 산출한 강하 매진량(매진 수) 수평 유속 값은 실시예 4의 수치가 실시예 2의 장치에서의 값의 약 30%였다.

(실시예 5)

실시예 5의 장치에서는 천판(3) 직경과 측벽(2) 상단부 직경의 차를 30㎜로 하고, 그 외의 조건을 모두 실시예 2와 마찬가지로 하여 실시예 2의 시험과 동시에 실시예 3의 장치에 병설한 장치로 시험을 행하였다. 그 결과, 1일 강우량이 20㎜이고 최대 풍속이 8m/s였던 날에 파티클 카운터(11)의 내부에 침입한 빗방울이 파티클 카운터 내부에 저류되어 통기 유로로부터 넘쳤다. 빗물은 파티클 카운터의 수광 센서부를 침수시켜 고장 정지하였다. 또한, 고장이 없었던 시각에서의 단위 시간당 강하 매진 평균 검출 수 및 실시예 2와 마찬가지의 방법으로 산출한 강하 매진량(매진 수) 수평 유속 값은 실시예 2의 장치에서의 값과 일치하였다.

(실시예 6)

매진 채취구(1)를 실시예 2와 비슷하게 하여 각 치수를 2배로 하고, 그 외의 조건을 모두 실시예 2와 마찬가지로 하여 시험을 행하였다. 그 결과, 단위 시간당 강하 매진 평균 검출 수 및 실시예 2와 마찬가지의 방법으로 산출한 강하 매진량(매진 수) 수평 유속 값은 실시예 2의 장치에서의 값의 약 4배였다.

(실시예 7)

실시예 2의 장치의 하우징(12) 내부에 시판의 소형 퍼스널 컴퓨터인 연산 장치(30)를 장입하였다. 또한 파티클 카운터(11)와 통신선으로 접속됨과 함께 아날로그 전압 출력 단자를 구비한 시판의 풍배형 풍속계(31)를 준비하였다. 상기 풍배형 풍속계(31)를 하우징(12)의 외부에 장착하고, 상기 풍속계(31)의 아날로그 전압 단자와 소형 퍼스널 컴퓨터 간을 통신선으로 접속하였다. 이 구성을 이용하여 강하 매진의 외기중 순간 농도를 상기 소형 퍼스널 컴퓨터로 산출 및 기록하였다. 또한, 비교를 위한 계측 장치로서 도 5에 도시하는 형식의 시판의 연속식 매진량 계측 장치를 본 장치에 병설하여 동시에 강하 매진의 연직 유속의 연속 측정을 행하였다. 그 외의 조건을 모두 실시예 2와 마찬가지로 하여 실시예 2의 시험과 동시에 실시예 2의 장치에 병설한 장치로 시험을 행하였다.

상기 퍼스널 컴퓨터와 파티클 카운터 간의 통신에는 RS232C에 의한 것을 이용하고, 파티클 카운터 내부의 연산 장치의 처리에 의해 파티클 카운터로부터 1분마다 1분당 입자 검출 수를 상기 통신선 경유로 소형 퍼스널 컴퓨터에 송신하였다. 상기 송신된 상기 데이터를 상기 소형 퍼스널 컴퓨터에 구비한 상주 소프트웨어의 처리에 의해 수신함과 함께, 상기 1분당 입자 검출 수는 상기 소형 퍼스널 컴퓨터가 데이터를 수신한 시각과 함께 상기 소형 퍼스널 컴퓨터에 설치된 하드 디스크 상에 기록하였다. 상기 퍼스널 컴퓨터가 데이터를 수신한 시각에는 상기 퍼스널 컴퓨터 내장의 시계의 데이터를 이용하였다.

또한, 소형 퍼스널 컴퓨터에는 AD 변환 입력 단자를 설치하여 상기 풍속계의 아날로그 전압 단자와의 사이를 동축 케이블로 접속하고, 상기 소형 퍼스널 컴퓨터의 상주 소프트웨어의 처리에 의해 1초마다 상기 풍속계의 아날로그 단자의 순간 전압값을 상기 소형 퍼스널 컴퓨터로 AD 변환하여 소정의 환산 계수를 곱함으로써 단위 시간당 평균 풍속값을 산출하는 처리를 행하였다.

또한, 상기 소형 퍼스널 컴퓨터의 상주 소프트웨어의 처리에 의해, 상기 1초마다의 단위 시간당 평균 풍속값을 1분마다 평균화를 행하고, 그 결과를 1분마다의 풍속값 데이터로서 퍼스널 컴퓨터의 시계의 그 시각과 함께 상기 소형 퍼스널 컴퓨터 내의 하드 디스크에 기록하였다. 다음에, 식 1을 이용하여 외기중 강하 매진 농도를 산출하였다. 즉, 상기 소형 퍼스널 컴퓨터로 1분마다 기동되는 소프트웨어의 처리에 의해, 상기 소형 퍼스널 컴퓨터의 하드 디스크에 기록된 1분당 입자 검출 수를 동일 시각에 대응하는 상기 1분마다의 풍속값으로 나누고, 식 1에 기초한 소정의 비례 상수를 곱하는 처리를 행하였다. 그 결과의 값을 이 시각의 1분마다의 외기중 강하 매진 농도값으로 하여 상기 퍼스널 컴퓨터의 하드 디스크에 그 시각과 함께 기록하였다.

그 결과, 본 장치로 계측한 상기 외기중 강하 매진 농도값의 1시간마다의 평균값은, 비교 계기인 연속식 매진량 계측 장치의 1시간마다의 강하 매진 연직 유속 측정값에 대하여 상관 계수 0.7의 높은 상관을 나타냈다. 전술한 바와 같이 강하 매진 연직 유속은 풍속과는 관계없이 외기중 강하 매진 농도에 비례하기 때문에, 상기 연속식 강하 매진량 계측 장치에 의한 강하 매진 연직 유속 측정값은 순간의 외기중 강하 매진 농도의 다과에 대응하는 것으로 간주할 수 있다. 따라서, 본 장치를 이용함으로써 순간의 외기중 강하 매진 농도의 다과를 계측할 수 있음을 알 수 있었다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면 특허 청구 범위에 기재된 범주 내에 있어서 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있음은 명백하고, 이들 변경예·수정예도 본 발명의 기술적 범위에 속한다.

<산업상 이용가능성>

본 발명에 의해, 간이한 구조를 이용하여 1분 정도의 단주기로 고정밀도로 강하 매진의 수평 유속 연속 계측이 가능해진다. 또한, 이에 더하여 본 발명의 일 형태에 있어서는 우천시에도 고장 없이 측정이 가능한 전천후형 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치를 실현할 수 있다.

1:매진 채취구
2:측벽
3:천판
4:구획판
5:흡기관
6:연속식 매진량 계측 장치
7:블로워 또는 압축기
8:배기구
9:흡기구
10:외기 유입구
11:파티클 카운터
12:하우징
13:감풍 영역
14:방해판
15:외기의 대기 흐름
16:흡인되는 대기 흐름
17:매진 채취구 내를 통과하는 대기 흐름
18:외기중의 강하 매진
19:포집되는 강하 매진
20:매진 채취구 내를 통과하는 강하 매진
21:바닥판
22:지주
23:날개
24:회전축
25:포집 용기
26:통기관
27:부채꼴 소영역
27': 대기가 유입하는 부채꼴 소영역
27":별도의 부채꼴 소영역
28:감풍 영역 수평 단면적
29:감풍 영역 길이
30:연산 장치
31:풍속계
32:입자 포집기
33:철망

Claims

대기중의 강하 매진의 수평 유속을 연속적으로 계측하는 장치로서,
천판, 측벽 및 4매 이상의 구획판을 갖는 매진 채취구와,
흡기관과,
단위 시간당 매진량을 연속적으로 계측하는 연속식 매진량 계측 장치와,
블로워 또는 압축기와,
배기구를 구비하고,
흡기가 직렬로 유통하도록 유로가 상기 매진 채취구, 상기 흡기관, 상기 연속식 매진량 계측 장치, 상기 블로워 또는 압축기, 상기 배기구의 순으로 연결되고,
상기 측벽은 연직 방향의 중심축을 갖고, 상방을 향하여 넓어지는 원뿔대 또는 다각형뿔대의 측면의 형상을 갖는 판이고,
상기 측벽은 그 하단부에 상기 흡기관과 접속되는 흡기구와, 그 상단부 근방의 일정한 높이에 상기 측벽의 둘레 방향에 일정 간격으로 배치된 4개소 이상의 개구를 갖는 외기 유입구를 갖고,
상기 천판은 원판의 형상을 갖고, 그 직경이 상기 측벽의 상단부의 수평 단면의 직경보다도 크고, 그 중심축이 상기 측벽의 중심축과 일치하고, 상기 측벽의 상단부에 접하도록 접속되고,
4매 이상의 상기 구획판은 상기 측벽에 의해 둘러싸인 공간을 수평 단면에 있어서 균등한 크기의 부채꼴 영역으로 분할하도록 연직면 내에 배치되고, 중심축 상에서 서로 접속되는 4매 이상의 동일 높이의 평판이고,
상기 각 구획판은 상기 측벽 및 상기 천판에 대하여 간극 없이 접속되는 것을 특징으로 하는 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치.
제1항에 있어서, 상기 천판은 상기 측벽의 상단부보다 외측에 연장하는 차양부를 갖고,
([외기의 대표 풍속]/[포집하고자 하는 강하 매진의 자유 낙하 속도])×[천판 하면과 외기 유입구 하단부 간의 축 방향 길이]를 식 1이라고 하면,
상기 차양부의 상기 천판의 반경 방향을 따른 길이는 상기 식 1보다도 작은 것을 특징으로 하는 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연속식 매진량 계측 장치와 상기 블로워 또는 압축기로 파티클 카운터를 구성하는 것을 특징으로 하는 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 외기의 단위 시간당 평균 풍속을 측정하는 풍속계와,
상기 풍속계에 의해 측정된 평균 풍속값 및 상기 연속식 매진량 계측 장치에 의해 측정된 순간 강하 매진량 측정값을 입력값으로서 저장함과 함께, 하기 식 2에 기초하여 순간 외기중 강하 매진 농도를 산출하는 연산 장치와,
순간 외기중 강하 매진 농도=상기 순간 강하 매진량 측정값/(상기 평균 풍속 측정값×상기 외기 유입구의 유효 개구 면적)…식 2
상기 연산 장치에 의해 산출된 순간 외기중 강하 매진 농도를 기록 또는 표시하는 출력 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 구획판의 상기 측벽의 축 방향을 따른 길이는 상기 외기 유입구의 상기 측벽의 축 방향 길이의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 구획판의 상기 측벽의 축 방향을 따른 길이는 상기 매진 채취구의 축 방향 길이의 0.5배 이하인 것을 특징으로 하는 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 블로워 또는 압축기는 상기 매진 채취구에 공기와 함께 유입한 강하 매진의 일부 또는 전부를 상기 매진 채취구 내의 상기 공기의 일부와 함께 흡인하고, 상기 흡기구로부터 상기 흡기관을 통하여 상기 연속식 매진량 계측 장치에 도입한 후, 상기 흡인한 공기를 상기 배기구로부터 유출시키는 것을 특징으로 하는 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치.
제1항 또는 제2항의 대기중의 강하 매진 수평 유속의 연속식 계측 장치를 이용한 대기중의 강하 매진 수평 유속의 계측 방법으로서,
단위 시간당 포집된 강하 매진량을 상기 외기 유입구의 유효 개구 면적으로 나눈 값을 강하 매진의 수평 유속으로서 산출하는 것을 특징으로 하는 대기중의 강하 매진 수평 유속의 계측 방법.