KR101790889B1 - 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치 및 방법 - Google Patents

습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치는 내부에 위치한 습식 공기청정기로 공기청정 작업이 이루어지는 밀폐된 시험챔버, 시험챔버 내부로 시험용 가스를 공급하는 가스 공급부, 시험챔버 내에서 샘플링된 공기를 냉각시켜 샘플링된 공기에 포함된 수증기를 액화시켜 제거하는 전처리부 및 전처리부에서 수증기가 제거된 공기에 포함된 가스를 분석하는 적외선 분광기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치 및 방법{APPRATUS AND METHOD FOR GAS REMOVAL PERFORMANCE TEST OF WET TYPE AIR CLEANERS}
본 발명은 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적외선 분광기를 이용하여 습식 공기청정기의 가스제거 성능을 테스트하는 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치 및 방법에 관한 것이다.
현대사회에서 가정 및 직장 등 실내 공간에서의 거주 시간이 길어짐에 따라 실내 공기질의 오염 정도가 심각한 수준에 이르고 있고, 이에 따른 호흡기 및 피부 질환 등 건강상의 문제점이 많이 도출되고 있으며, 따라서 실내공기의 외기와의 환기에 대한 중요성이 매우 강조되고 있다. 하지만 환기시 발생하는 냉난방 열손실 문제와 함께 대도시의 경우 외부의 공기가 미세먼지, NOx 등으로 오염이 되어있어 일반적인 자연 환기 방식이 오히려 실내 공기를 더욱 악화시킬 수도 있다. 이렇게 실내 공기질에 대한 관심이 높아지고 있는 상황에서 환기 없이 실내 공기를 고성능 집진 및 탈취 필터를 통해 청정화시키는 실내 공기청정기에 대한 수요가 증가하고 있다.
공기청정기는 종류에 따라 건식 공기청정기와 습식 공기청정기로 나눌 수 있는데, 건식공기청정기는 다시 집진 방식에 따라 전기식, 필터식 및 복합식으로 나눌 수 있다. 건식 공기청정기는 필터나 전기집진 방식을 이용하여 먼지를 집진부(또는 필터)에 포집하는 장치이고, 습식 공기청정기는 물을 분무시켜 물과 먼지의 충돌을 유도하여 물 속에 먼지가 포집되도록 하는 장치를 말한다.
도 1은 종래의 건식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치의 개략도이다.
건식 공기청정기(200)의 가스제거 성능시험을 위한 시험챔버(120)는 대략 4m3 체적의 밀폐된 직육면체 챔버이고, 가스 공급부(110)로부터 공급된 시험용 가스가 빠른 시간 내에 시험챔버(120) 내부에서 공간적으로 균일한 농도분포를 갖도록 시험챔버(120)의 천장 중앙에는 교반팬(122)이 설치되어 있고, 가스농도측정을 위한 샘플링 프로브(probe)는 시험챔버(120) 중앙 바닥위 120 cm의 위치에 보통 설치된다. 가스 공급부(110)로부터 공급되는 시험 가스는 톨루엔, 포름알데히드, 초산, 아세트알데히드, 암모니아 중 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 가스는 버블러 가스 발생기 및 히터를 이용하여 발생시켜 시험챔버(120)에 공급된다. 성능시험은 시험챔버(120) 내 배경가스의 농도가 측정 범위 이하가 되도록 유지한 뒤, 교반팬(122)으로 충분히 교반시키면서 가스 농도가 10~13ppm에 도달할 때까지 가스 공급부(110)로부터 시험챔버(120) 내에 시험 가스를 공급하고, 공급된 가스가 안정화 된 후 교반기(122)를 정지시키고 건식 공기청정기(200)를 운전시키면서, 운전 초기와 30분 후 가스의 잔류농도를 가스 측정기인 적외선 분광기(130)를 이용하여 측정하여 공기청정기(200)의 가스제거 성능을 평가한다. 이때, 적외선 분광기(130)는 가스가 특정 파장의 적외선을 흡수 또는 방출함에 따라서 방출되는 적외선 스펙트럼에 변화가 생기는 원리를 이용하여 시험챔버(120) 내에서 샘플링된 공기에 포함된 가스의 성분 및 농도를 분석한다.
한편, 습식 공기청정기는 건식 공기청정기(200)와는 달리 물을 분사시키기 때문에 액적 상태의 물 또는 수증기가 시험챔버(120) 내부로 공급되어 적외선 분광기(130)로 유입될 수가 있는데, 물 또는 수증기에 의해 가스 흡수 스펙트럼 상에 흡광도(absorbance)의 높이 및 면적의 변화가 발생할 수가 있다. 따라서, 도 1의 장치를 이용하여 습식 공기청정기의 성능시험을 하는 경우 물 분자가 가스 스펙트럼에 왜곡을 초래하여, 최종 잔류 농도가 줄어들지 않고 오히려 증가하는 경향이 나타나기도 한다. 또한, 샘플링 라인(42)의 내부에 맺히는 액적에 의해 수용성 가스는 샘플링 라인(42)에서 제거될 수가 있다.
따라서, 기존의 건식 공기청정기(200)의 성능시험 장치로는 습식 공기청정기의 가스제거 성능을 정확하게 평가하는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 샘플링된 공기를 전처리하여 수분을 제거함으로써, 적외선 분광기를 이용하여 샘플링된 공기에 포함된 가스를 분석할 때 습식 공기청정기에서 발생하는 물 액적에 의해 정확한 성능 평가가 어려워지는 문제점을 해결할 수 있는 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 방법에 있어서, (a) 샘플링된 공기를 냉각시켜 상기 샘플링된 공기에 포함된 수증기를 액화시켜 제거시키는 단계; (b) 상기 수증기가 제거된 공기를 가열시키는 단계; 및 (c) 적외선 분광기를 이용하여 상기 공기에 포함된 가스를 분석하는 단계를 포함하는 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 방법에 의해 달성될 수가 있다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 내부에 위치한 습식 공기청정기로 공기청정 작업이 이루어지는 밀폐된 시험챔버; 상기 시험챔버 내부로 시험용 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 시험챔버 내에서 샘플링된 공기를 냉각시켜 상기 샘플링된 공기에 포함된 수증기를 액화시켜 제거하는 전처리부; 및 상기 전처리부에서 수증기가 제거된 공기에 포함된 가스를 분석하는 적외선 분광기를 포함하는 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치에 의해 달성될 수가 있다.
여기서, 상기 전처리부는 냉각 물질이 담겨 있는 밀폐된 냉각조; 및 기 시험챔버 내에서 샘플링된 공기를 상기 냉각조로 공급하는 샘플링 배관을 포함하고, 상기 샘플링된 공기에 포함된 수증기는 상기 냉각조에서 액화되어 제거될 수가 있다.
여기서, 상기 시험챔버와 상기 냉각조 사이의 상기 샘플링 배관의 전단은 상기 샘플링 배관 내부에 맺힌 물이 자중에 의해 내려가도록 경사가 형성될 수가 있다.
여기서, 상기 샘플링 배관의 후단은 상기 냉각 물질을 관통하고 상기 냉각조 내 기체 공간으로 연결될 수가 있다.
여기서, 상기 냉각물질은 얼음물일 수가 있다.
여기서, 상기 전처리부는 상기 수증기가 제거된 공기를 가열하는 가열부를 더 포함할 수가 있다.
여기서, 상기 가스는 톨루엔, 포름알데히드, 초산, 아세트알데히드 및 암모니아 중 적어도 하나 이상을 포함할 수가 있다.
여기서, 상기 적외선 분광기는 에프티아이아르(FTIR: Fourier transform infrared spectroscopy)이고, 상기 가스의 성분 및 농도를 분석하기 위해 라이브러리에 저장된 파장대는 상기 톨루엔의 경우 2853㎛~2966㎛이고, 상기 포름알데히드의 경우 966㎛~1087㎛이고, 상기 초산의 경우 1125㎛~1229㎛이고, 상기 아세트알데히드의 경우 1053㎛~1154㎛이고, 상기 암모니아의 경우는 917㎛~940㎛인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명의 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치 및 방법에 따르면 샘플링된 공기 내 포함된 수증기를 전처리 과정에서 제거함으로써 적외선 분광기에 의한 가스 분석의 정확성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 저렴한 얼음물을 이용하여 냉각조를 형성함으로써 장치의 비용을 절감시킬 수 있다는 장점도 있다.
또한, 샘플링 배관의 전단을 경사지게 형성함으로써, 습식 공기청정기로부터 발생하는 액적과 수증기가 샘플링 배관 내부에 맺히더라도 자중에 의해 내려가도록 하여, 샘플링 배관 내부에 맺힌 물에 의해 수용성 가스가 제거되어 적외선 분광기에 의한 가스 분석의 정확성이 떨어지는 문제점을 해결할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 적외선 분광기의 가스 흡수 스펙트럼상에서 가스를 분석할 때 물 분자에 의한 피크가 존재하는 파장대에서 멀리 떨어진 새로운 분석 파장대를 제시하고, 분석 가스별 중첩되는 파장대가 거의 없도록 하여 5종의 가스를 동시에 독립적으로 측정할 수 있다는 장점도 있다.
도 1은 종래의 건식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치의 에프티아이아르(FTIR: Fourier transform infrared spectroscopy)에서 측정된 가스별 흡수 스펙트럼을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 방법의 순서도이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치의 에프티아이아르(FTIR: Fourier transform infrared spectroscopy)에서 측정된 가스별 흡수 스펙트럼을 도시하고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치는 시험챔버(120), 가스 공급부(110), 전처리부(140) 및 적외선 분광기(130)를 포함하여 구성될 수가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 공기청정기(300)의 가스제거 성능시험 장치는 도 1을 참조로 설명한 종래의 건식 공기청정기(200)의 가스제거 성능시험 장치와 동일한 시험챔버(120), 가스 공급부(110) 및 적외선 분광기(130)를 사용하고, 시험챔버(120)와 적외선 분광기(130) 사이에 습식 공기청정기(300)에서 발생하는 액적에 의한 수증기를 제거하는 전처리부(140)를 추가적으로 구비한다.
전처리부(140)는 시험챔버(120) 내에서 샘플링된 공기를 냉각시켜 샘플링된 공기에 포함된 수증기를 액화시켜 제거한다. 전처리부(140)는 샘플링 배관(142) 및 냉각조(144)를 포함하며 구성될 수 있으며, 가열부(148)를 더 포함할 수가 있다.
샘플링 배관(142)은 샘플링 프로브(미도시)를 이용하여 시험챔버(120) 내부의 공기를 샘플링하여 샘플링된 공기를 후술하는 냉각조(144)로 공급하는 배관이다.
냉각조(144)는 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 내부에 냉각 물질(145)이 수용되며, 상부에는 샘플링된 공기가 유입되는 기체 공간(146)이 존재하도록 밀폐된다. 이때, 샘플링 배관의 후단부(142b)는 냉각 물질(145)을 관통하여 지나가도록 형성되며, 샘플링 배관(142)의 후단은 냉각조(144) 내 기체 공간(146)으로 연결되어 샘플링된 공기는 기체 공간(146)으로 유입될 수 있도록 한다.
이때, 샘플링 배관(142)이 냉각 물질(145)을 관통하여 지나감에 따라서, 냉각 물질(145)에 의한 직접 냉각으로 샘플링된 공기에 포함된 수증기는 액화되어 제거될 수가 있고, 수증기가 제거된 공기는 냉각조(144) 내부의 기체 공간(146)으로 유입하게 된다. 직접 냉각에 의해 액화되지 않은 일부 수증기가 냉각조(144) 내의 기체 공간(146)을 유입될 수 있는데, 본 발명에서는 기체 공간(146)에서의 단열팽창에 의한 간접 냉각으로 기체 공간(146)에 포함된 수증기를 최종적으로 제거시킬 수가 있다.
본 발명에서 냉각조에 수용되는 냉각 물질(145)로 저렴한 얼음물을 사용할 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 시험챔버(120)와 냉각조(144) 사이의 샘플링 배관의 전단부(142a)는 냉각조(144)를 향하여 아래로 경사가 형성될 수가 있다. 샘플링 배관의 전단부(142a)를 경사지게 형성함에 따라서 습식 공기청정기(300)로부터 발생하는 액적과 시험챔버(120) 내 수증기가 샘플링 배관(142)의 내부에 맺히더라도 자중에 의해 아래로 흐르도록 하여, 샘플링 배관(142) 내부에 맺힌 물에 의해 수용성 가스가 제거되어 습식 공기청정기(300)의 가스제거 성능 평가의 정확성이 떨어지는 문제점을 해결할 수가 있다.
냉각조(144)의 기체공간(146)과 적외선 분광기(130) 사이에는 연결 배관(149)이 형성되는데, 연결 배관(149)의 중간, 즉 냉각조(144)의 후단에는 가열부(148)가 형성될 수가 있다. 가열부(148)는 냉각조(144)에서 수증기가 제거된 공기를 가열하는 밴드 히터로 형성될 수가 있다. 가열부(148)는 샘플링된 공기에 포함된 가스를 증발 온도 이상으로 가열시켜 안정화함으로써, 적외선 분광기(130)에서 안정적인 측정이 가능하도록 한다.
본 발명에서 성능시험을 위해 사용하는 가스는 톨루엔, 포름알데히드, 초산, 아세트알데히드 및 암모니아 중 적어도 하나 이상을 포함할 수가 있는데, 따라서 가스 공급부(110)에서는 상기 가스를 공급할 수가 있다.
본 발명에서 적외선 분광기(130)로 에프티아이아르(FTIR: Fourier transform infrared spectroscopy)를 사용할 수가 있는데, 본 발명에서는 전술한 전처리부(140)에 의해 수분이 제거된 샘플링 공기가 FTIR(130)에 유입됨에 따라서 수분에 의한 흡수 스펙트럼의 왜곡을 방지하여 습식 공기청정기(300)의 가스제거 성능시험의 정확도를 향상시킬 수가 있다.
도 3에서는 톨루엔, 포름알데히드, 초산, 아세트알데히드 및 암모니아에 대해서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치의 FTIR의 흡수 스펙트럼을 각각 도시한다. 도시된 그래프에는 각각 물 분자에 의해 발생하는 흡수 스펙트럼과 본 발명의 FTIR(130)에서 측정된 가스별 흡수 스펙트럼을 중첩한 그래프를 도시하고 있는데, 각 가스별 성분 및 농도를 분석하기 위해 라이브러리에 저장된 파장대를 톨루엔의 경우 2853㎛~2966㎛로, 포름알데히드의 경우 966㎛~1087㎛로, 초산의 경우 1125㎛~1229㎛로, 아세트알데히드의 경우 1053㎛~1154㎛로, 암모니아의 경우는 917㎛~940㎛로 설정하여, 물 분자에 의해 발생하는 피크가 발생하는 파장대에서 멀리 떨어진 위치의 파장대를 선정하도록 함으로써 성능시험의 정확성을 더욱 향상시키도록 하였다. 또한, 상기 파장대는 중첩되는 부분이 거의 없기 때문에, 상기 5 종의 가스를 동시에 독립적으로 분석할 수가 있다.
도 4를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 공기청정기(300)의 가스제거 성능시험 방법을 설명하면, 샘플링 프로브를 이용하여 시험챔버(120) 내부의 공기를 샘플링하여 샘플링된 공기는 전술한 전처리부(140)의 냉각조(144)로 유입시켜, 샘플링된 공기를 냉각시켜 샘플링된 공기에 포함된 수증기를 액화시킴으로써 제거시킨다(S410).
다음, 냉각조(144)의 후단에 형성된 가열부(148)에서 수증기가 제거된 공기를 가열시켜 샘플링된 공기에 포함된 가스를 안정화시키도록 한다(S420).
다음, 적외선 분광기(130)인 FTIR에 가열부(148)를 통과한 공기를 유입시켜 공기에 포함된 가스의 성분 및 농도를 분석하게 된다(S430).
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110: 가스 공급부 120: 시험챔버
122: 교반팬 130: 적외선 분광기
140: 전처리부 142: 샘플링 배관
144: 냉각조 145: 냉각 물질
146: 기체 공간 148: 가열부
149: 연결 배관 200: 건식 공기청정기
300: 습식 공기청정기

Claims (9)

  1. 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 방법에 있어서,
    (a) 샘플링된 공기를 냉각시켜 상기 샘플링된 공기에 포함된 수증기를 액화시켜 제거시키는 단계;
    (b) 상기 수증기가 제거된 공기를 가열시키는 단계; 및
    (c) 적외선 분광기를 이용하여 상기 공기에 포함된 가스를 분석하는 단계를 포함하고,
    상기 적외선 분광기는 에프티아이아르(FTIR: Fourier transform infrared spectroscopy)인데,
    상기 가스의 성분 및 농도를 분석하기 위해 상기 적외선 분광기의 라이브러리에 저장된 파장대는 톨루엔의 경우 2853㎛~2966㎛이고, 포름알데히드의 경우 966㎛~1087㎛이고, 초산의 경우 1125㎛~1229㎛이고, 아세트알데히드의 경우 1053㎛~1154㎛이고, 암모니아의 경우는 917㎛~940㎛이어서, 5종의 가스를 동시에 분석하는 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 방법.
  2. 내부에 위치한 습식 공기청정기로 공기청정 작업이 이루어지는 밀폐된 시험챔버;
    상기 시험챔버 내부로 시험용 가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 시험챔버 내에서 샘플링된 공기를 냉각시켜 상기 샘플링된 공기에 포함된 수증기를 액화시켜 제거하는 전처리부; 및
    상기 전처리부에서 수증기가 제거된 공기에 포함된 가스를 분석하는 적외선 분광기를 포함하고,
    상기 적외선 분광기는 에프티아이아르(FTIR: Fourier transform infrared spectroscopy)인데,
    상기 가스의 성분 및 농도를 분석하기 위해 상기 적외선 분광기의 라이브러리에 저장된 파장대는 톨루엔의 경우 2853㎛~2966㎛이고, 포름알데히드의 경우 966㎛~1087㎛이고, 초산의 경우 1125㎛~1229㎛이고, 아세트알데히드의 경우 1053㎛~1154㎛이고, 암모니아의 경우는 917㎛~940㎛이어서, 5종의 가스를 동시에 분석하는 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전처리부는
    냉각 물질이 담겨 있는 밀폐된 냉각조; 및
    상기 시험챔버 내에서 샘플링된 공기를 상기 냉각조로 공급하는 샘플링 배관을 포함하고,
    상기 샘플링된 공기에 포함된 수증기는 상기 냉각조에서 액화되어 제거되는 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시험챔버와 상기 냉각조 사이의 상기 샘플링 배관의 전단은 상기 샘플링 배관 내부에 맺힌 물이 자중에 의해 내려가도록 경사가 형성된 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 샘플링 배관의 후단은 상기 냉각 물질을 관통하고 상기 냉각조 내 기체 공간으로 연결되는 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각물질은 얼음물인 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 전처리부는
    상기 수증기가 제거된 공기를 가열하는 가열부를 더 포함하는 습식 공기청정기의 가스제거 성능시험 장치.
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