KR101927313B1 - 미세입자 포집장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 중에 분포된 미세입자를 포집할 수 있는 미세입자 포집장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정전기를 이용하여, 미세입자를 포집할 수 있는 미세입자 포집장치에 관한 것이다.
그리고, 본 발명의 미세입자 포집장치는 별도의 필터 없이 정전기 효과 또는 패드의 점착성으로 미세입자를 포집할 수 있고, 공기 중에 분포된 미세먼지 중 부유하는 미세먼지와 강하하는 미세먼지를 구분하여 포집할 수 있는 장점이 있다.

Description

미세입자 포집장치 {PARTICLES COLLECTING APPARATUS}
본 발명은 공기 중에 분포된 미세입자를 포집할 수 있는 미세입자 포집장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정전기를 이용하여, 미세입자를 포집할 수 있는 미세입자 포집장치에 관한 것이다.
일반적으로 미세입자란 우리 눈에 보이지 않는 아주 작은 물질로 대기 중에 오랫동안 떠다니거나 흩날려 내려오는 직경 10㎛ 이하의 입자상 물질을 말한다. 석탄, 석유 등의 화석연료가 연소될 때 또는 제조업ㆍ자동차 매연 등의 배출가스에서 나오며, 기관지를 거쳐 폐에 흡착되어 각종 폐질환을 유발하는 대기오염물질이다.
먼지는 입자의 크기에 따라 총먼지, 지름이 10㎛ 이하인 미세입자(PM 10), 지름이 2.5㎛ 이하(PM 2.5)인 초미세입자로 나뉜다. 미세입자는 질산염(NO3-), 암모늄(NH4+), 황산염(SO42-) 등의 이온 성분과 탄소화합물(carbon compounds), 금속(elements) 화합물 등으로 이루어져 있는데 세계보건기구(WHO)는 미세입자 중 디젤에서 배출되는 BC(black carbon)을 1급 발암물질로 지정한 바 있다. 장기간 미세입자에 노출될 경우 면역력이 급격히 저하되어 감기, 천식, 기관지염 등의 호흡기 질환은 물론 심혈관 질환, 피부질환, 안구질환 등 각종 질병에 노출될 수 있다. 특히 직경 2.5㎛ 이하의 초미세입자는 인체 내 기관지 및 폐 깊숙한 곳까지 침투하기 쉬워 기관지, 폐 등에 붙어 각종 질환을 유발한다.
특히, 가속화되고 있는 중국의 산업화로 인한 중국발 미세입자가 우리나라 오염물질의 상당 부분을 차지하고 있는 것으로 알려져 문제가 되고 있다. 한ㆍ중ㆍ일의 환경과학원이 2000년대 이후부터 10년간 함께 연구한 결과에 따르면, 우리나라 오염물질의 30~50%는 중국에서 발생한 것으로 잠정 결론 내려졌다.
환경부가 2017년 3월 30일 발표한 바에 따르면 우리나라 미세입자(PM10)는 2000년대 초반에는 51~61㎍/㎥에 달했는데 수도권 대기환경관리기본계획 시행 등으로 2007년부터 감소하다 2013년부터 중국발 미세입자로 인해 그 오염도가 심해지고 있다.
따라서, 이러한 미세입자가 영,유아, 노인들에게 노출될 경우 건강에 심각한 문제점을 발생시킬 수 있고, 건강한 사람들에게도 장기적으로 노출되면 건강상에 다양한 문제를 유발시킬 수 있으므로 미세입자로부터의 피해를 최소화하기 위해서 공기 중에 존재하는 미세입자를 실시간으로 포집할 수 있고 포집된 미세입자를 분석할 수 있는 미세입자 포집장치가 필요한 실정이다.
1. 등록특허공보 제10-1298615호 '미세입자 포집장치' 2. 등록특허공보 제10-1598389호 '입자 포집장치' 3. 등록특허공보 제10-1711425호 '미세입자 포집장치 및 이를 이용하여 미세입자를 분석하는 방법 4. 등록특허공보 제10-0163111호 '미세입자 포집장치'
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 내부에 대전된 패드를 장착한 후 공기가 대전된 패드와 접촉됨으로 인해 공기 중에 분포된 미세입자가 대전된 패드에 부착되어 별도의 동력 사용이 불필요한 미세입자 포집장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 미세입자 포집장치는 커버(100); 상기 커버(100)의 하면에 결합되며, 상하방향으로 배치되는 지지로드(200); 상기 지지로드(200)와 교차되도록 배치되고, 상기 지지로드(200)에 삽입되도록 중앙에 삽입공(301)이 관통 형성되고, 대전된 상태인 복수의 패드(300); 및 상단이 개방되며 상기 패드(300)와 상기 지지로드(200)가 삽입되도록 내부가 중공된 형상을 유지하되 상기 커버(100)가 상면에 체결되는 하우징(400);을 포함할 수 있다.
또한, 포집장치는 상기 지지로드(200)에 삽입 고정되고, 상기 지지로드(200)에 삽입된 상기 복수의 패드(300) 사이로 공기가 통과할 수 있도록 각각의 패드(300)를 일정간격 이격된 상태로 유지시켜주는 이격부재(500);를 더 포함할 수 있다. 상기 지지로드(200)는 외측면에 수나사산(201)이 형성될 수 있다. 상기 이격부재(500)는, 중앙에 상기 수나사산(201)과 결합하는 제1 암나사산(511-1)이 형성된 고정홀(511)을 구비하는 제1 이격부재(510); 및 상기 제1 이격부재(510)와 대칭을 이루도록 마주보며, 상기 수나사산(201)과 결합되는 제2 암나사산(521-1)이 형성된 고정홀(521)을 구비하는 제2 이격부재(520)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 패드(300) 사이로 공기가 통과할 때, 공기의 흐름에 따라 패드(300)와 가상의 수평선(O)이 이루는 각도(θ)가 변경되도록 상기 지지로드(200)와 상기 커버(100) 사이에는 탄성을 갖는 재질로 이루어진 유동부재(600)를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 지지로드(200)는, 상기 커버(100)의 하단에 형성된 제1 볼트(101)와 제2 볼트(102)에 고정되어 수평방향으로 회전되는 지지몸체(210); 및 상기 지지몸체(210)의 하단에 상기 패드(300)가 끼워지도록 일정거리 돌출 형성되며, 일정간격으로 이격되어 내측방향으로 함입되는 다수의 위치안내홈(221)을 구비하는 삽입로드(220);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 패드(300)는, 상기 패드(300)의 가장자리에 위치하며, 공기 중에 부유하는 미세입자를 포집하도록 대전된 제1 포집부(310); 상기 제1 포집부(310)의 내측면을 따라 형성되며, 상면에 점착성 패드(321)를 구비하는 제2 포집부(320); 및 상기 제1 포집부(310)의 정전하 확산을 방지하도록 표면에 대전방지제가 도포된 절연부(330);를 포함할 수 있다.
본 발명은 별도의 필터 없이 미세입자를 포집할 수 있도록 공기를 몸체 내부로 유입함으로 인해 유지 관리가 용이하며, 정전기 효과 또는 패드의 점착성으로 미세입자를 포집할 수 있어 별도의 동력이 불필요한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 공기 중에 분포된 미세먼지 중 부유하는 미세먼지와 강하하는 미세먼지를 구분하여 포집할 수 있음은 물론 소형으로 제작이 가능함에 따라 설치장소에 제약을 받지 않아 미세입자 포집을 위한 사용범위가 넓어지는 이점이 있다.
도 1 은 본 발명의 미세입자 포집장치의 전체적인 모습을 나타낸 사시도.
도 2 는 본 발명의 미세입자 포집장치의 주요 구성을 나타낸 단면도.
도 3 은 본 발명의 지지로드와 패드 및 이격부재의 결합관계를 나타낸 분해사시도.
도 4 는 본 발명의 지지로드와 패드 및 이격부재의 결합관계를 나타낸 부분 사시도.
도 5 는 본 발명의 유동부재의 작동 실시예를 나타낸 단면도.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 7 은 본 발명의 지지로드와 패드 결합의 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도.
도 8 은 본 발명의 패드의 일실시예를 나타낸 부분 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 미세입자 포집장치의 일실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 미세입자 포집장치의 전체적인 모습을 나타낸 사시도, 도 2 는 본 발명의 미세입자 포집장치의 주요 구성을 나타낸 단면도, 도 3 및 도 4 는 본 발명의 지지로드와 패드 및 이격부재의 결합관계를 나타낸 분해사시도 및 사시도, 도 5 는 본 발명의 유동부재의 작동 실시예를 나타낸 단면도, 도 6 은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 사시도, 도 7 은 본 발명의 지지로드와 패드 결합의 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도, 도 8 은 본 발명의 패드의 일실시예를 나타낸 부분 단면도에 관한 것이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면 본 발명의 미세입자 포집장치는 커버(100), 지지로드(200), 패드(300), 및 하우징(400)을 포함할 수 있다.
커버(100)는 하단이 개방된 형상을 가진다. 커버(100)는 상면에 본 발명을 거치할 수 있는 연결고리(110)를 구비할 수 있다.
지지로드(200)는 커버(100)의 하면과 결합할 수 있다. 지지로드(200)는 커버(100) 기준으로 상하방향으로 배치될 수 있다. 지지로드(200)의 형상은 소정의 직경을 갖는 봉 형상일 수 있다.
패드(300)는 지지로드(200)와 결합될 수 있다. 패드(300)는 지지로드(200)와 교차되도록 배치될 수 있다. 패드(300)는 하나 이상일 수 있다.
패드(300)는 소정의 두께를 갖는 판일 수 있다.
패드(300)는 지지로드(200)와 교차되는 방향으로 연장 형성될 수 있다.
패드(300)는 패드(300)의 중앙에 관통 형성되는 삽입공(301)을 구비할 수 있다. 지지로드(200)가 삽입공(301)을 관통하도록 배치될 수 있다.
패드(300)는 실리콘 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 패드(300)를 실리콘으로 제작하면, 실리콘 자체의 표면 점착성으로 인해 미세입자가 패드(300)에 원활하게 부착될 수 있기 때문이다. 또한 패드(300)의 표면이 쉽게 변형되어 추후 포집된 미세입자를 분석하기 위해 패드(300)에서 미세입자를 간편하게 털어낼 수 있다.
패드(300)는 대전되어 있는 상태인 것이 바람직하다. 정전하로 인해 공기 중에 분포된 미세입자를 쉽게 포집할 수 있기 때문이다. 대전 방법은 여러 가지 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 패드(300)(또는, 패드가 될 재료)를 롤러(roller) 상에 위치시킨 후 (+) 전극은 패드(300)와 일정거리 이격된 상태를 유지하도록 하고, 롤러는 접지면과 연결 시킨다. 이후 (+)전극과 롤러 사이에 전압(직류 또는 교류)를 인가하고, 패드(300)를 롤러를 따라 이동 또는 슬라이딩 시키면서 대전시킬 수 있다.
패드(300)는 코로나 (방전) 처리를 하여 제작할 수 있다. 코로나 처리는 처리기재에 코로나 방전을 조사시키는 것으로 기재의 표면을 개질시키는 기술이다. 고주파 전원에 의해 공급된 고주파/고전압 출력을 방전 전극-처리롤 간에 인가함으로써 코로나 방전을 발생시킬 수 있다. 이 코로나 방전되는 공간에 패드(300) 또는 패드 재료를 통과시켜 코로나 처리를 할 수 있다. 코로나 처리된 패드(300)는 접착성/점착성 등이 향상되어 미세 입자 포집 수율을 높일 수 있다. 패드(300)에 코로나 처리를 하면서 대전시킬 수 있다.
하우징(400)은 지지로드(200)와 패드(300)를 수용할 수 있다. 하우징(400)은 상면에 커버(100)를 체결할 수 있다. 하우징(400)은 투명한 재질로 이루어지며, 바람직하게는 유리 또는 아크릴 재질로 이루어질 수 있다. 하우징(400)은 상단이 개방된 형상을 가지고, 패드(300)와 지지로드(200)가 삽입되도록 내부가 중공된 형상을 가질 수 있다.
패드(300)에 포집된 미세입자를 분석하기 위해 특정 공간에 거치한 패드(300)를 수거하는 경우, 패드(300)에 부착된 미세입자가 다시 공기 중으로 탈락되는 것을 방지하도록 하우징(400)과 커버(100)를 체결한 후 보관, 이동시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 미세입자 포집장치는 이격부재(500)를 더 구비할 수 있다.
이격부재(500)는 지지로드(200)에 삽입 고정될 수 있다. 이격부재(500)는 지지로드(200)에 삽입된 다수개의 패드(300)가 상호 이격된 상태를 유지하도록 패드(300) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 이격부재(500)가 각각의 패드(300)를 일정간격 이격된 상태로 유지시켜줌으로써, 패드(300)와 패드(300) 사이로 공기가 원활하게 통과될 수 있다.
이격부재(500)는 제1 이격부재(510)와 제2 이격부재(520)를 구비할 수 있다. 지지로드(200)는 외측면에 수나사산(201)이 형성될 수 있다. 제1 이격부재(510)는 중앙에 관통형성되는 고정홀(511)을 구비할 수 있다. 고정홀(511)은 내측면에 수나사산(201)과 결합되는 제1 암나사산(511-1)을 구비할 수 있다. 제2 이격부재(520)는 중앙에 관통형성되는 고정홀(521)을 구비할 수 있다. 고정홀(521)은 내측면에 수나사산(201)과 결합되는 제2 암나사산(521-1)을 구비할 수 있다. 제1 및 제2 이격부재(510, 520)는 지지로드(200)의 수나사산(201)을 회전하면서 지지로드(200)의 연장된 상하방향으로 이동할 수 있다.
이격된 패드(300) 사이의 제1 이격부재(510)와 제2 이격부재(520)는 상호 대칭을 이루도록 서로 마주보며 배치될 수 있다. 이로 인해 패드(300)의 상면에는 제1 이격부재(510)가 배치될 수 있고, 패드(300)의 하면에는 제2 이격부재(520)가 배치될 수 있다. 이에, 제1 이격부재(510)와 제2 이격부재(520)를 서로 다른 방향으로 회전시키면 이격된 다수의 패드(300) 간격을 조절할 수 있다.
본 포집장치는 지지로드(200)의 하단에 마지막 패드(300)가 삽입되는 경우 패드(300)를 지지로드(200)에 고정시키기 위한 별도의 고정링(700)을 더 구비할 수 있다. 고정링(700)은 탄성을 갖는 고무재질일 수 있다. 고정링(700)은 직경이 지지로드(200) 보다 작은 직경인 것이 바람직하다. 이로인해 고정링(700)과 지지로드(200)는 억지끼움되어, 마지막에 삽입된 패드(300)가 중력방향으로 슬라이딩되며 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
본 포집장치는 지지로드(200)의 상단과 커버(100)의 하면 사이에 배치되는 유동부재(600)를 더 구비할 수 있다. 유동부재(600)는 탄성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 커버(100)와 지지로드(200) 사이에 유동부재(600)가 구비되면, 패드(300) 사이로 공기가 통과할 때 패드(300)가 공기의 흐름에 따라 자유롭게 유동될 수 있다.
패드(300)는 다른 패드(300)와 지면이 수평을 이루는 가상의 수평선(O)과 평행을 유지하도록 배치될 수 있다. 바람 등의 영향으로 패드(300)에 풍압이 작용하면 유동부재(600) 좌우 측면이 각각 인장 또는 압축하여 패드(300)와 가상의 수평선(O)이 이루는 각도(θ)가 변경될 수 있다. 따라서, 패드(300)가 공기의 흐름을 타면서 유동될 수 있기 때문에 미세입자의 포집효율을 보다 높일 수 있다.
도 6 및 도 7 을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로 지지로드(200)는 지지몸체(210), 및 삽입로드(220)를 포함할 수 있다.
지지몸체(210)는 내부가 중공되며 좌우 측면이 개방된 형상을 갖는 사각링 형상을 가질 수 있다. 이때, 지지몸체(210)는 커버(100)의 하단에 형성된 제1 볼트(101)와 제2 볼트(102)에 의해 고정될 수 있다. 즉, 지지몸체(210)의 상면에는 제1 볼트(101)가 안착되고, 제2 볼트(102)는 지지몸체(210)의 내측면에 부착되어 제1 및 제2 볼트(101,102)가 서로 다른 방향으로 회전하면서 지지몸체(210)를 고정시킬 수 있다. 이때, 제1 및 제2 볼트(101,102)가 일정간격 이격된 상태를 유지하면 지지몸체(210)는 좌우방향으로 회전할 수 있다.
삽입로드(220)는 지지몸체(210)의 하단으로부터 일정거리 돌출된 형상을 가질 수 있다. 삽입로드(220)는 패드(300)가 삽입될 수 있도록 소정의 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
삽입로드(220)는 측면에 삽입로드(220)의 내측방향으로 함입되는 위치안내홈(221)을 구비할 수 있다. 위치안내홈(221)은 삽입로드(220)의 측면을 따라 일정간격 이격되며 다수개 형성될 수 있다. 위치안내홈(221)에 패드(330)의 삽입공(301)이 끼워지면서 패드(300)는 삽입로드(220)에 이격되어 고정될 수 있다.
도 8 을 참조하면, 패드(300)는 제1 포집부(310), 제2 포집부(320) 및 절연부(330)를 구비할 수 있다.
제1 포집부(310)는 패드(300)의 가장자리에 위치하며 공기 중에 부유하는 미세입자를 포집하도록 정전기가 잘 대전되는 재질로 이루어질 수 있다. 제1 포집부(310)는 대전된 상태인 것이 바람직하다.
제2 포집부(320)는 제1 포집부(310)의 내측면을 따라 배치될 수 있다. 이때, 제2 포집부(320)의 상면 또는 하면에는 점착성 패드(321)가 구비된다. 점착성 패드(321)에는 공기 중에 분포된 미세입자 중 강하하는 미세입자를 포집, 부착될 수 있다. 점착성 패드(321)의 표면에는 코로나 방전 처리가 되어 점착성을 향상시킬 수 있다.
절연부(330)는 제1 포집부(310)에 정전하가 밀집되도록 제1 포집부(310)의 정전하가 제2 포집부(320)로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 절연부(330)는 표면저항을 저하시켜 대전을 방지하는 대전방지제가 도포된 층을 구비할 수 있다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명의 미세입자 포집장치는 별도의 필터 없이 정전기 효과 또는 패드의 점착성으로 미세입자를 포집할 수 있고, 공기 중에 분포된 미세먼지 중 부유하는 미세먼지와 강하하는 미세먼지를 구분하여 포집할 수 있는 장점이 있는 발명이다.
100 : 커버 200 : 지지로드
210 : 지지몸체 220 : 삽입로드
221 : 위치안내홈 300 : 패드
301 : 삽입공 310 : 제1 포집부
320 : 제2 포집부 330 : 절연부
400 : 하우징 500 : 이격부재
510 : 제1 이격부재 511 : 고정홀
520 : 제2 이격부재 521 : 고정홀
600 : 유동부재 700 : 고정링

Claims (5)

  1. 커버(100);
    상기 커버(100)의 하면에 결합되며, 상하방향으로 배치되는 지지로드(200);
    상기 지지로드(200)와 교차되도록 배치되고, 상기 지지로드(200)에 삽입되도록 중앙에 삽입공(301)이 관통 형성되고, 대전된 상태인 복수의 패드(300); 및
    상단이 개방되며 상기 패드(300)와 상기 지지로드(200)가 삽입되도록 내부가 중공된 형상을 유지하되 상기 커버(100)가 상면에 체결되는 하우징(400);을 포함하고,
    상기 지지로드(200)는,
    상기 커버(100)의 하단에 형성된 제1 볼트(101)와 제2 볼트(102)에 고정되어 수평방향으로 회전되는 지지몸체(210); 및
    상기 지지몸체(210)의 하단에 상기 패드(300)가 끼워지도록 일정거리 돌출 형성되며, 일정간격으로 이격되어 내측방향으로 함입되는 다수의 위치안내홈(221)을 구비하는 삽입로드(220);를 포함하는 미세입자 포집장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지로드(200)에 삽입 고정되고, 상기 지지로드(200)에 삽입된 상기 복수의 패드(300) 사이로 공기가 통과할 수 있도록 각각의 패드(300)를 일정간격 이격된 상태로 유지시켜주는 이격부재(500);를 더 포함하고,
    상기 지지로드(200)는 외측면에 수나사산(201)이 형성되고,
    상기 이격부재(500)는,
    중앙에 상기 수나사산(201)과 결합하는 제1 암나사산(511-1)이 형성된 고정홀(511)을 구비하는 제1 이격부재(510); 및
    상기 제1 이격부재(510)와 대칭을 이루도록 마주보며, 상기 수나사산(201)과 결합되는 제2 암나사산(521-1)이 형성된 고정홀(521)을 구비하는 제2 이격부재(520)를 포함하는 미세입자 포집장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 패드(300) 사이로 공기가 통과할 때, 공기의 흐름에 따라 패드(300)와 가상의 수평선(O)이 이루는 각도(θ)가 변경되도록 상기 지지로드(200)와 상기 커버(100) 사이에는 탄성을 갖는 재질로 이루어진 유동부재(600)를 더 구비하는 미세입자 포집장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 패드(300)는,
    상기 패드(300)의 가장자리에 위치하며, 공기 중에 부유하는 미세입자를 포집하도록 대전된 제1 포집부(310);
    상기 제1 포집부(310)의 내측면을 따라 형성되며, 상면에 점착성 패드(321)를 구비하는 제2 포집부(320); 및
    상기 제1 포집부(310)의 정전하 확산을 방지하도록 표면에 대전방지제가 도포된 절연부(330);를 포함하는 미세입자 포집장치.
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