KR101952432B1 - 공극 지름 측정장치 - Google Patents

Abstract

구조가 간단하고 측정이 편리하며 신뢰성 있는 측정이 가능한 필터의 공극 지름 측정장치가 개시된다. 상기 측정장치는, 유해물질이나 미세먼지를 함유하는 시료를 수용하고, 내부에 다수의 공극이 형성된 필터가 설치된 용기; 상기 용기와 연결되는 흡입관; 상기 흡입관에 설치되는 스위칭 밸브; 상기 스위칭 밸브를 개재하여 선택적으로 상기 흡입관에 연결되는 공급관; 및 상기 공급관의 일단에 연결되는 포집유닛을 포함하며, 상기 공급관은, 상기 흡입관과의 연결 위치에 상기 흡입관으로부터 분기하는 기둥관을 갖는 확장관을 압력강하로 이용한 흡입유닛을 구비하고, 상기 공급관의 타단으로부터 일정한 압력을 갖는 흐름 유체가 유입되어 상기 흐름 유체의 흡입력으로 상기 시료를 흡입한다.

Description

공극 지름 측정장치{Apparatus for measuring pore diameter}

본 발명은 공극 지름 측정장치에 관한 것으로, 특히 구조가 간단하고 공극 지름의 측정이 편리하며 신뢰성 있는 측정이 가능하도록 하는 기술에 관련한다.

일반적으로 공기 중에는 인체에 해로운 많은 유해물질과 미세먼지 등이 함유되어 있어 공기를 거르지 않고 흡입할 경우 인체에 많은 악영향을 미치게 된다.

이를 해결하기 위해, 다양한 형태의 공기청정기가 사용되고 있는데, 최근에 시판되는 공기 청정기는 미세먼지를 걸러주는 특수 대전섬유인 석면섬유로 제작된 여과지인 헤파(HEPA: High Efficiency Particulate Air) 필터를 장착하여 사용하고 있다.

이와 같은 헤파 필터는 강한 흡착력으로 공기에 함유되어 인체에 해로운 집 먼지 진드기, 바이러스, 곰팡이 등과 같은 유해물질과 인체에 가장 해로운 미립자인 대략 0.3마이크론 크기의 미세 먼지를 99.97%까지 깨끗하게 제거할 수 있다.

마찬가지로, 침구의 원단을 통하여 침구의 내부에 쌓인 집먼지 진드기의 사체나 배설물이 외부로 유출됨으로써 알레르기의 원인을 제공하기 때문에, 통상 침구 원단으로 알레르겐을 차단할 수 있는 고밀도 직물, 가령 평균 공극이 10㎛ 이하의 공극을 갖는 직물을 사용하여 제작할 수 있다.

문제는, 원단이나 헤파 필터에 형성된 공극의 지름이 이러한 유해물질과 미세먼지를 거를 수 있는 크기를 구비하고 있는지를 정확히 측정할 수 있는 신뢰성 있는 방법이 필요하다는 것이다.

일반적으로, X-ray 등 빛의 투과 및 산란으로부터 분산 입자의 지름을 측정하는 비전 유닛과 이로부터 획득한 이미지를 분석하는 분석유닛을 구비한 공극 지름 측정시스템이 있기는 하지만, 가격이 고가이고 공기청정기를 제조하는 생산라인에서 제품 검사공정에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 구조가 간단하고 측정이 편리한 원단이나 필터의 공극 지름 측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제조원가가 저렴하고 생산라인의 제품 검사공정에 적용할 수 있는 원단이나 필터의 공극 지름 측정장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 집먼지 진드기의 사체나 배설물을 포함하는 유해물질이나 미세먼지를 함유하는 시료를 수용하고, 내부에 다수의 공극이 형성된 필터나 침구 원단이 설치된 용기; 상기 용기와 연결되는 흡입관; 상기 흡입관에 설치되는 스위칭 밸브; 상기 스위칭 밸브를 개재하여 선택적으로 상기 흡입관에 연결되는 공급관; 및 상기 공급관의 일단에 연결되는 포집유닛을 포함하며, 상기 공급관은, 상기 흡입관과의 연결 위치에 상기 흡입관으로부터 분기하는 기둥관을 갖는 직경 감소에 의한 압력강하를 이용한 흡입유닛을 구비하고, 상기 공급관의 타단으로부터 일정한 압력을 갖는 흐름 유체가 유입되어 상기 흐름 유체의 흡입력으로 상기 시료를 흡입하는 것을 특징으로 하는 공극 지름 측정장치에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 용기를 진동시켜 상기 필터나 침구 원단을 통한 상기 시료의 통과를 용이하게 하는 진동유닛을 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 최초 상기 용기에 잔류하는 시료의 중량 m1과 일정한 시간 t가 경과한 다음, 상기 용기에 잔류하는 시료의 중량 m2라 할 때, 상기 용기에 잔류하는 시료의 평균 직경 D2은 상기 중량의 차이와 시간의 함수로 다음과 같이 정의되고,

상기 용기에 잔류하는 시료의 중량 변화가 거의 없는 시점에서 상기 시료의 평균 직경 D2이 공극 지름이다.

바람직하게, 상기 시료는 미세 입자와 다른 종류의 액체를 포함하는 동반 유체를 함유할 수 있다.

상기한 구성에 의하면, 베르누이 원리를 적용하여 확장관을 압력강하로 이용한 흡입유닛을 이용함으로써 구조가 간단하고 제조원가가 저렴하다는 이점이 있다.

또한, 별도의 영상분석장치를 이용할 필요 없이 생산라인의 제품 검사공정에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 공극 지름 측정장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 측정장치를 이용한 측정방법을 설명하는 플로차트이다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 공극 지름 측정장치를 나타낸다.

측정장치(100)는 시료(300)를 담는 호퍼 형상의 용기(110), 용기(110)의 배출구(112)에 연결된 흡입관(120), 스위칭 밸브(150)를 개재하여 선택적으로 연결되는 공급관(160), 및 공급관(160)의 배출구(162)에 결합된 포집유닛(170)으로 구성된다.

이하, 상기한 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.

<용기(110)>

용기(110)는 특별히 한정되지 않지만 가령 호퍼 형상으로 형성되며, 중간 부분에 헤파 필터와 같은 다공성 필터(200)를 구비하고, 필터(200) 위에 시료(300), 가령 다양한 크기를 갖는 미세 입자가 놓인다. 상기한 것처럼, 필터(200) 대신에 미세한 구멍을 갖는 침구 원단이 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 측정장치(100)는 필터(200)나 침구 원단의 공극의 지름을 측정하는 장치이며, 공극의 지름을 신뢰성 있게 측정함으로써 필터(200)가 유해물질과 미세먼지를 거를 수 있는 크기를 구비하고 있는지를 정확하게 판단하도록 할 수 있으며, 간단한 구조를 구비하여 제조원가가 저렴하며 측정방법을 간단하게 하여 생산라인의 제품 검사공정에 적용할 수 있다.

용기(110)의 측면에는 초음파 진동자나 편심 모터와 같은 진동유닛(210)이 설치되어 용기(110)에 진동을 가함으로써, 시료(300)가 고루 분산되도록 함과 동시에 필터(200)의 공극으로 잘 들어가도록 할 수 있다.

또한, 미세 입자는 그들 입자 간의 응집에 의하여 외부로부터 외력이 가해져도 입자끼리 뭉치는 응집력이 작용하는 경우가 많다. 따라서, 흡입력에 의하여 입자가 필터를 잘 통과하도록 동반 유체, 즉 다른 종류의 액체, 가령 물, 벤젠, 알콜 등이 시료(300)와 함께 흡입되도록 할 수 있다.

<흡입관(120) 및 관련 구성>

상기한 것처럼, 용기(110)의 배출구(112)에는 흡입관(120)의 일단이 연결되며, 타단은 스위칭 밸브(150)에 연결된다.

흡입관(120)의 타단에 연결된 스위칭 밸브(150)는 선택적으로 공급관(160)을 흡입관(120)에 연결하거나 측정 분기관(122)에 연결한다.

측정 분기관(122)에는 유량계(130)와 압력계(140)가 설치되어 공급관(160)으로 유입되는 흐름 유체의 유량과 압력을 측정한다.

스위칭 밸브(150)로는, 가령 3방 밸브가 사용될 수 있는데, 초기에는 공급관(160)을 통하여 공급되는 흐름 유체의 압력과 유량을 측정하기 위해 공급관(160)과 측정 분기관(122)을 연결하고, 측정 후에는 공급관(160)과 흡입관(120)을 연결하여 시료(300)가 흐름 유체의 흡입력에 의해 흡입되도록 한다.

<공급관(160)>

공급관(160)의 일단으로부터 공기, 질소 또는 에어-워터(air-water) 등의 고압의 흐름 유체가 공급관(160)에 공급되고, 타단의 배출구(162)는 포집유닛(170)이 연결된다.

상기한 것처럼, 공급관(160)은 스위칭 밸브(150)를 통하여 흡입관(120)과 연결되는데, 공급관(160)은 연결 위치에서 직경을 감소하여 압력을 강하시킨 흡입유닛(164)을 구비한다.

흡입유닛(164)은, 가령 베르누이 원리를 적용한 벤투리관처럼, 시료(300)가 유입되는 기둥관(124)이 중간에 수직으로 연결되고 해당 위치에 수평으로 직경이 감소한 협축부가 형성되어 공급관(160)으로 유입된 흐름 유체가 흡입유닛(164)의 협축부를 지나면서 압력이 감소함으로써 기둥관(124)을 통하여 시료(300)가 빠르게 유입되도록 한다.

<포집유닛(170)>

포집유닛(170)은 내부에 수납부가 형성된 용기로서, 시료(300)와 섞인 흐름 유체가 수납부에 유입되며, 물 등의 별도의 액체와 접촉하여 수납부의 바닥에 침전되고 침전물(420)을 형성하고 워터(410)가 집수된다.

공급관(160)의 배출구(162)로부터 흐름 유체가 강한 압력으로 토출되기 때문에 수직으로 연결된 통로배관(172) 내부에 코일 튜브(173)를 설치하여 토출압을 완화시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 측정장치를 이용한 측정방법을 설명하는 플로차트이다.

먼저, 용기(110)에 넣을 시료(300)를 영상분석장치를 이용하여 시료(300)의 평균 직경 D1과 중량 m1을 측정하고(단계 S21), 해당 시료(300)를 헤파 필터(200)가 설치된 용기(110)에 넣는다.

측정장치를 구동하여 흐름 유체 공급유닛(미도시)으로부터 흐름 유체가 공급관(160)으로 공급되도록 함과 동시에 스위칭 밸브(150)를 돌려 유량계(130)와 압력계(140)가 설치된 측정 분기관(122)과 공급관(160)이 연결되도록 하여 공급되는 흐름 유체의 유량과 압력을 측정한다(단계 S22).

측정 후에는 방향을 돌려 시료(300)가 흡입되는 흡입관(120)과 흐름 유체가 공급되는 공급관(160)이 연결되도록 한다.

다음, 흐름 유체 공급유닛으로부터 흐름 유체를 공급관(160)으로 공급하여 흡입력이 발생하도록 함으로써 시료(300)가 필터(200)를 통하여 흡입되도록 한다(단계 S23). 이때, 진동유닛(210)을 구동하여 용기(110)를 진동시켜 시료(300)가 원활하게 필터(200)를 통과하도록 하고, 진동유닛(210)에 의한 진동 세기를 측정한다.

이후, 일정한 시간이 경과한 다음, 용기(110)에 잔류하는 시료(300)의 중량 m2을 다시 측정한다(단계 S24).

다음, 기설정된 식을 이용하여 용기(110)에 잔류하는 시료(300)의 평균 직경 D2을 산출한다(단계 S25).

다시 말해, 용기(110)에 잔류하는 시료(300)의 평균 직경 D2은 일정한 시간 t가 경과한 다음, 시료(300)의 중량 차이 m1-m2의 함수로 정의될 수 있다.

단계 S25의 과정을 반복하여 정해진 시간을 지날 때마다 용기(110)에 잔류하는 시료(300)의 평균 직경을 잔류하는 시료의 중량 변화와 시간의 함수로 데이터 리그레션(data regression)에 의하여 다음의 식을 설정할 수 있다.

여기서, 단계 S25의 수행은 정해진 흐름 유체의 유량과 압력 및 진동 조건하에서 이루어지는 것이며, 유량 및 압력 조건과 진동 조건이 다양하게 변경되어 수행될 수 있다.

용기(110)에 잔류하는 시료(300)의 평균 직경 D2가 산출되며, 이에 기초하여 필터(200)의 공극 지름을 산출할 수 있다(단계 S26).

다시 말해, 주어진 유량 및 압력 조건하에서 일정시간에 시료(300)의 중량 변화를 측정하여 필터의 공극 지름을 산출할 수 있다.

즉, 어느 시점에서 용기(110)에 잔류하는 시료(300)의 중량 변화가 거의 없게 되고, 이 시점에서 용기(110)에 잔류하는 시료(300)의 평균 직경 D2은 곧 필터(200)의 공극 지름을 나타낸다.

이와 같이, 용기에 잔류하는 시료의 평균 직경을 잔류하는 시료의 중량 변화와 시간의 함수로 산출할 수 있기 때문에, 별도의 영상분석장치를 이용할 필요가 없어 생산라인에 적용할 수 있다.

전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 용기
120: 흡입관
130: 유량계
140: 압력계
150: 스위칭 밸브
160: 공급관
164: 흡입유닛
170: 포집유닛

Claims (5)

1. 삭제
2. 집먼지 진드기의 사체나 배설물을 포함하는 유해물질이나 미세먼지를 함유하는 시료를 수용하고, 내부에 다수의 공극이 형성된 필터나 침구 원단이 설치된 용기;
   상기 용기와 연결되는 흡입관;
   상기 흡입관에 설치되는 스위칭 밸브;
   상기 스위칭 밸브를 개재하여 선택적으로 상기 흡입관에 연결되는 공급관;
   상기 용기를 진동시켜 상기 필터나 침구 원단을 통한 상기 시료의 통과를 용이하게 하는 진동유닛; 및
   상기 공급관의 일단에 연결되는 포집유닛을 포함하며,
   상기 공급관은, 상기 흡입관과의 연결 위치에 상기 흡입관으로부터 분기하는 기둥관을 갖는 직경 감소에 의한 압력강하를 이용한 흡입유닛을 구비하고,
   상기 공급관의 타단으로부터 일정한 압력을 갖는 흐름 유체가 유입되어 상기 흐름 유체의 흡입력으로 상기 시료를 흡입하는 것을 특징으로 하는 공극 지름 측정장치.
3. 집먼지 진드기의 사체나 배설물을 포함하는 유해물질이나 미세먼지를 함유하는 시료를 수용하고, 내부에 다수의 공극이 형성된 필터나 침구 원단이 설치된 용기;
   상기 용기와 연결되는 흡입관;
   상기 흡입관에 설치되는 스위칭 밸브;
   상기 스위칭 밸브를 개재하여 선택적으로 상기 흡입관에 연결되는 공급관; 및
   상기 공급관의 일단에 연결되는 포집유닛을 포함하며,
   상기 공급관은, 상기 흡입관과의 연결 위치에 상기 흡입관으로부터 분기하는 기둥관을 갖는 직경 감소에 의한 압력강하를 이용한 흡입유닛을 구비하고,
   상기 공급관의 타단으로부터 일정한 압력을 갖는 흐름 유체가 유입되어 상기 흐름 유체의 흡입력으로 상기 시료를 흡입하며,
   최초 상기 용기에 잔류하는 시료의 중량 m1과 일정한 시간 t가 경과한 다음, 상기 용기에 잔류하는 시료의 중량 m2라 할 때, 상기 용기에 잔류하는 시료의 평균 직경 D2은 상기 중량의 차이와 시간의 함수로 다음과 같이 정의되고,
   

   

   
   상기 용기에 잔류하는 시료의 중량 변화가 거의 없는 시점에서 상기 시료의 평균 직경 D2이 공극 지름인 것을 특징으로 하는 공극 지름 측정장치.
4. 집먼지 진드기의 사체나 배설물을 포함하는 유해물질이나 미세먼지를 함유하는 시료를 수용하고, 내부에 다수의 공극이 형성된 필터나 침구 원단이 설치된 용기;
   상기 용기와 연결되는 흡입관;
   상기 흡입관에 설치되는 스위칭 밸브;
   상기 스위칭 밸브를 개재하여 선택적으로 상기 흡입관에 연결되는 공급관; 및
   상기 공급관의 일단에 연결되는 포집유닛을 포함하며,
   상기 공급관은, 상기 흡입관과의 연결 위치에 상기 흡입관으로부터 분기하는 기둥관을 갖는 직경 감소에 의한 압력강하를 이용한 흡입유닛을 구비하고,
   상기 공급관의 타단으로부터 일정한 압력을 갖는 흐름 유체가 유입되어 상기 흐름 유체의 흡입력으로 상기 시료를 흡입하며,
   상기 시료는 미세 입자와 다른 종류의 액체를 포함하는 동반 유체를 함유하는 것을 특징으로 하는 공극 지름 측정장치.
5. 집먼지 진드기의 사체나 배설물을 포함하는 유해물질이나 미세먼지를 함유하는 시료의 평균 직경 D1과 중량 m1을 측정하고, 내부에 다수의 공극이 형성된 필터나 침구 원단이 설치된 용기에 상기 시료를 넣는 단계;
   흐름 유체를 공급하여 상기 흐름 유체의 유량과 압력을 측정하는 단계;
   측정 후, 상기 흐름 유체를 이용하여 흡입력이 발생하도록 하여 상기 용기의 시료를 흡입하는 단계; 및
   일정한 시간이 경과한 다음, 상기 용기에 잔류하는 시료의 중량 m2을 측정하는 단계를 포함하며,
   상기 용기에 잔류하는 시료의 평균 직경 D2은 상기 중량의 차이와 시간의 함수로 다음과 같이 정의되고,
   

   

   
   상기 용기에 잔류하는 시료의 중량 변화가 거의 없는 시점에서 상기 시료의 평균 직경 D2이 공극 지름인 것을 특징으로 하는 공극 지름 측정방법.
   

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