KR102068115B1 - 입자 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입자 측정 시스템에 관한 것으로, 2개의 건조 장치를 구비하여 하나의 건조 장치에서 미세 입자에 대한 건조 기능이 수행되도록 하고, 동시에 다른 하나의 건조 장치에서는 제습제의 재생 기능이 수행되도록 함으로써, 제습제의 교체 없이도 계속적으로 제습제의 재생이 가능하여 반영구적 사용이 가능하며, 이에 따라 제습제 교체 작업의 불편함 없이 더욱 편리하게 사용할 수 있으며, 측정 결과의 연속성 및 정확도를 향상시킬 수 있는 입자 측정 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 입자 측정 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 2개의 건조 장치를 구비하여 하나의 건조 장치에서 미세 입자에 대한 건조 기능이 수행되도록 하고, 동시에 다른 하나의 건조 장치에서는 제습제의 재생 기능이 수행되도록 함으로써, 제습제의 교체 없이도 계속적으로 제습제의 재생이 가능하여 반영구적 사용이 가능하며, 이에 따라 제습제 교체 작업의 불편함 없이 더욱 편리하게 사용할 수 있으며, 측정 결과의 연속성 및 정확도를 향상시킬 수 있는 입자 측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 공정이나 LCD 공정과 같은 나노 수준의 고도 정밀 공정은 작업 설비 내에 오염 입자가 발생하게 되면, 치명적인 제품 불량으로 이어질 수 있으므로, 고도의 청결 상태가 유지될 수 있도록 클린룸과 같은 청정 설비 내에서 공정이 진행되고 있으며 이러한 설비에서는 오염 입자에 대한 실시간 감시 또한 매우 엄격하게 이루어지고 있다.
따라서, 이러한 설비에서는 설비 내의 오염 입자 측정을 위한 별도의 입자 측정 시스템이 적용되고 있으며, 이러한 입자 측정 시스템을 통해 실시간으로 설비 내의 특정 챔버에 대한 입자 분포 상태가 측정되고 있다.
이러한 입자 측정 시스템은 임의의 측정 챔버 내의 입자의 분포 상태, 즉 입자의 크기 및 개수 등을 측정하는 것으로, 클린룸 설비 이외에도 대기 오염 입자의 분포 상태를 측정하거나 실험실 등에서 특정 입자의 분포 상태를 측정하기 위해 사용되는 등 매우 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.
특히, 최근에는 대기 오염 입자로서 미세 입자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 미세 입자는 대기 중에서 대기 화학 반응을 통해 초미세 입자를 생성시키고, 2차 오염 물질의 원인인 오존을 발생시킨다. 또한, 자동차에서 배출되는 미세 입자는 다량의 발암 성분을 포함하고 있으며, 호흡시 기도나 점막에 걸러지지 않고 폐포 깊숙이 침투하거나 뇌로 이동할 수도 있는 등 체내 축적이 잘되어 다양한 형태로 사람의 건강을 위협하고 있다.
이러한 다양한 미세 입자에 대한 정확한 측정 및 연구를 위해 최근 입자 측정 시스템이 널리 이용되고 있는데, 일반적으로 미세 입자들은 대기 중에 존재하는 미량의 수분을 흡수하거나 또는 수분에 의해 서로 쉽게 응집되므로, 입자 측정 시스템을 통해 이러한 미세 입자들을 정확하게 검출하기 위해서는 시스템에 미세 입자를 건조시킬 수 있는 건조 장치가 요구된다.
입자 측정 시스템의 건조 장치는 에어로졸 상태의 미세 입자들을 외부 공기와 함께 히팅하여 건조시키는 방식으로 구성되거나 또는 에어로졸 상태의 미세 입자들을 제습제를 통해 확산시켜 건조시키는 방식으로 구성되는 등 다양한 방식으로 구성된다.
이러한 건조 장치는 그 방식에 따라 각각 장단점이 존재하는데, 제습제를 이용한 확산 건조 장치의 경우, 구조가 단순하고 제작이 용이하다는 등의 장점이 있지만, 일정 기간 이상 사용하게 되면, 제습제의 성능이 저하되어 제습제를 주기적으로 교환하며 사용해야 하는 불편함이 있다. 특히, 장마철과 같이 습기가 높은 시기나 장소에서는 제습제의 교환 주기가 매우 빨라지므로, 이러한 불편함이 더욱 배가되며, 제습제의 교환 주기를 정확하게 파악하지 못하면 입자 측정 결과의 정확도가 현저히 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 2개의 건조 장치를 구비하여 하나의 건조 장치에서 미세 입자에 대한 건조 기능이 수행되도록 하고, 동시에 다른 하나의 건조 장치에서는 제습제의 재생 기능이 수행되도록 함으로써, 제습제의 교체 없이도 계속적으로 제습제의 재생이 가능하여 반영구적 사용이 가능하며, 이에 따라 제습제 교체 작업의 불편함 없이 더욱 편리하게 사용할 수 있으며, 측정 결과의 연속성 및 정확도를 향상시킬 수 있는 입자 측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 2개의 건조 장치 중 어느 하나에 재생 기능을 수행하기 위한 재생 건조 수단으로 나머지 하나로부터 배출된 건조 공기를 이용함으로써, 별도의 부가적인 복잡한 장치 없이도 간단하게 건조 장치의 재생 기능을 수행할 수 있고, 배출되는 건조 공기를 활용한다는 점에서 에너지를 효율적으로 이용할 수 있어 구조가 단순하고 에너지 효율이 높은 입자 측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 2개의 건조 장치에 발열 히터를 배치함으로써, 발열 히터를 재생 건조 수단으로 이용할 수 있어 건조 장치에 대한 재생 작업을 더욱 신속하게 수행할 수 있고, 아울러, 건조 장치의 미세 입자에 대한 건조 기능시 발열 히터를 통해 외부 공기의 온도를 조절할 수 있어 미세 입자 측정 정확도를 더욱 향상시킬 수 있는 입자 측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은, 미세 입자가 에어로졸 상태로 유입되어 배출되도록 양단부에 메인 유입구 및 메인 배출구가 형성되고, 중심부에는 상기 메인 유입구 및 메인 배출구와 연통되는 메인 유로가 형성되며, 내부 공간에는 상기 메인 유로를 통과하는 에어로졸 상태의 미세 입자를 건조시킬 수 있도록 상기 메인 유로를 감싸는 형태로 제습제가 충진되는 제 1 및 제 2 건조 장치; 에어로졸 상태의 미세 입자가 외부 공기와 함께 상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 어느 하나에 선택적으로 유입되도록 작동하는 외기 공급부; 상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 어느 하나로부터 배출되는 미세 입자를 검출하는 입자 검출 장치; 상기 제 1 및 제 2 건조 장치에 충진된 제습제를 선택적으로 재생 건조시킬 수 있도록 작동하는 재생 건조 수단; 및 상기 외기 공급부 및 재생 건조 수단을 동작 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 외기 공급부를 동작 제어하여 상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 어느 하나에 미세 입자와 외부 공기가 함께 공급되도록 하고, 이와 동시에 상기 재생 건조 수단을 동작 제어하여 나머지 하나의 건조 장치에 충진된 제습제가 재생 건조되도록 하는 것을 특징으로 하는 입자 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 입자 측정 시스템은, 상기 제 1 및 제 2 건조 장치로부터 배출되는 에어로졸 상태의 미세 입자가 통과하도록 상류단부가 제 1 및 제 2 분기 라인으로 분기되어 상기 제 1 및 제 2 건조 장치의 메인 배출구에 결합되는 메인 배출 라인; 및 상기 메인 배출 라인의 중간에 연결되어 미세 입자 및 공기의 흐름을 발생시키도록 작동하는 메인 펌프를 더 포함하고, 상기 입자 검출 장치는 상기 메인 배출 라인의 중간에 연결되어 미세 입자를 검출하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 입자 측정 시스템은, 상기 제 1 및 제 2 건조 장치의 메인 유입구로 유입되는 외부 공기의 온도 및 습도를 측정하는 유입구 온습도 센서; 및 상기 제 1 및 제 2 건조 장치의 메인 배출구로부터 배출되는 건조 공기의 온도 및 습도를 측정하는 배출구 온습도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 유입구 온습도 센서 및 배출구 온습도 센서의 측정값을 인가받아 상기 외기 공급부 및 재생 건조 수단을 동작 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 현재 미세 입자가 공급되는 하나의 건조 장치에 대해 상기 유입구 온습도 센서 및 배출구 온습도 센서의 측정값을 통해 건조 성능을 판단하고, 판단한 건조 성능이 기준치 이하이면, 나머지 하나의 건조 장치에 미세 입자가 공급되도록 상기 외기 공급부를 동작 전환하고, 상기 외기 공급부의 동작 전환에 의해 미세 입자 공급이 차단된 건조 장치에 대해 제습제가 재생 건조되도록 상기 재생 건조 수단을 동작 전환할 수 있다.
또한, 상기 재생 건조 수단은, 상기 메인 배출 라인의 하류단에 연결되며 상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 어느 하나로부터 배출되는 건조 공기를 나머지 하나에 공급하는 공기 순환 공급부를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 건조 장치는 내부에 충진된 제습제가 상기 공기 순환 공급부를 통해 공급된 건조 공기에 의해 재생 건조되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 건조 장치에는 상기 공기 순환 공급부에 의해 공급되는 건조 공기가 유입 및 배출되도록 양단부에 건조 유입구 및 건조 배출구가 형성되며, 상기 건조 유입구 및 건조 배출구는 상기 메인 유로와 연통되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 공기 순환 공급부는, 상기 메인 배출 라인의 하류단에 연결되는 3방향 밸브; 상기 3방향 밸브로부터 상기 제 1 건조 장치의 건조 유입구에 연결되는 제 1 공기 순환 라인; 및 상기 3방향 밸브로부터 상기 제 2 건조 장치의 건조 유입구에 연결되는 제 2 공기 순환 라인을 포함하고, 상기 제어부는 상기 3방향 밸브의 내부 유로를 전환하여 상기 메인 배출 라인으로부터 배출되는 건조 공기가 상기 제 1 및 제 2 공기 순환 라인 중 어느 하나를 통해 공급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 재생 건조 수단은, 상기 제 1 및 제 2 건조 장치의 메인 유로 상에 배치되어 열을 발산하는 발열 히터를 더 포함하고, 상기 발열 히터는 상기 제어부에 의해 동작 제어될 수 있다.
또한, 상기 발열 히터는 발열 코일이 석영관 내부에 밀봉된 형태의 석영관 히터가 적용될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 어느 하나에 배치된 발열 히터가 제습제를 재생 건조하도록 상대적으로 고온 발열하도록 하고, 나머지 하나에 배치된 발열 히터는 외부 공기의 온도를 조절할 수 있도록 상대적으로 저온 발열하도록 동작 제어할 수 있다.
또한, 상기 외기 공급부는, 미세 입자가 함유된 외부 공기가 유입되도록 일측에 샘플링 라인이 연결되는 3방향 밸브; 상기 3방향 밸브로부터 상기 제 1 건조 장치의 메인 유입구에 연결되는 제 1 외기 공급 라인; 및 상기 3방향 밸브로부터 상기 제 2 건조 장치의 메인 유입구에 연결되는 제 2 외기 공급 라인을 포함하고, 상기 제어부는 상기 3방향 밸브의 내부 유로를 전환하여 상기 샘플링 라인을 통해 유입된 미세 입자 및 외부 공기가 상기 제 1 및 제 2 외기 공급 라인 중 어느 하나를 통해 공급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 건조 장치는 각각, 상단에 상기 메인 유입구가 형성되는 상부 바디; 하단에 상기 메인 배출구가 형성되는 하부 바디; 및 상기 상부 바디와 하부 바디 사이에 결합되며 중심부에는 상기 메인 유로가 형성되도록 중공 파이프 형태의 메쉬 파이프가 배치되는 중심 케이스를 포함하고, 상기 메쉬 파이프는 에어로졸 상태의 미세 입자가 측벽을 통과할 수 있도록 메쉬 형태로 형성되며, 상기 제습제는 상기 메쉬 파이프의 외부 공간을 감싸는 형태로 상기 중심 케이스에 충진될 수 있다.
본 발명에 의하면, 2개의 건조 장치를 구비하여 하나의 건조 장치에서 미세 입자에 대한 건조 기능이 수행되도록 하고, 동시에 다른 하나의 건조 장치에서는 제습제의 재생 기능이 수행되도록 함으로써, 제습제의 교체 없이도 계속적으로 제습제의 재생이 가능하여 반영구적 사용이 가능하며, 이에 따라 제습제 교체 작업의 불편함 없이 더욱 편리하게 사용할 수 있으며, 측정 결과의 연속성 및 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 2개의 건조 장치 중 어느 하나에 재생 기능을 수행하기 위한 재생 건조 수단으로 나머지 하나로부터 배출된 건조 공기를 이용함으로써, 별도의 부가적인 복잡한 장치 없이도 간단하게 건조 장치의 재생 기능을 수행할 수 있고, 배출되는 건조 공기를 활용한다는 점에서 에너지를 효율적으로 이용할 수 있어 구조가 단순하고 에너지 효율이 높은 효과가 있다.
또한, 2개의 건조 장치에 발열 히터를 배치함으로써, 발열 히터를 재생 건조 수단으로 이용할 수 있어 건조 장치에 대한 재생 작업을 더욱 신속하게 수행할 수 있고, 아울러, 건조 장치의 미세 입자에 대한 건조 기능시 발열 히터를 통해 외부 공기의 온도를 조절할 수 있어 미세 입자 측정 정확도를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 건조 장치에 대한 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 작동 전환 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 건조 장치에 대한 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 작동 전환 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 건조 장치에 대한 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 작동 전환 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템은 2개의 건조 장치를 이용하여 제습제의 교환 주기를 매우 길게 하거나 또는 제습제의 교환 없이 반 영구적으로 사용할 수 있는 시스템으로, 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)와, 외기 공급부(200)와, 입자 검출 방치(300)와, 재생 건조 수단(600)과, 제어부(800)를 포함하여 구성된다.
제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)는 제습제를 이용한 확산 건조 방식으로 동일한 형태로 구성되는데, 미세 입자가 에어로졸 상태로 유입되어 배출되도록 양단부에 메인 유입구(121) 및 메인 배출구(122)가 형성되고, 중심부에는 메인 유입구(121) 및 메인 배출구(122)와 연통되는 메인 유로(123)가 형성되며, 내부 공간에는 메인 유로(123)를 통과하는 에어로졸 상태의 미세 입자를 건조시킬 수 있도록 메인 유로(123)를 감싸는 형태로 제습제(110)가 충진되는 형태로 구성된다.
제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)의 구성을 좀더 자세히 살펴보면, 상단에 메인 유입구(121)가 형성되는 상부 바디(101)와, 하단에 메인 배출구(122)가 형성되는 하부 바디(102)와, 상부 바디(101)와 하부 바디(102) 사이에 결합되며 중심부에는 메인 유로(123)가 형성되도록 중공 파이프 형태의 메쉬 파이프(111)가 배치되는 중심 케이스(103)를 포함하여 구성될 수 있다.
메쉬 파이프(111)는 메인 유로(123)를 유동하는 에어로졸 상태의 미세 입자가 측벽을 통과할 수 있도록 메쉬 형태로 형성되며, 제습제(110)는 메쉬 파이프(111)의 외부 공간을 감싸는 형태로 중심 케이스(103)에 충진된다. 에어로졸 상태의 미세 입자는 메인 유로(123)를 유동하는 과정에서 메쉬 파이프(111)를 감싸는 제습제(110)에 의해 건조된다.
외기 공급부(200)는 에어로졸 상태의 미세 입자가 외부 공기와 함께 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b) 중 어느 하나에 선택적으로 유입되도록 작동한다.
이러한 외기 공급부(200)는 미세 입자가 함유된 외부 공기가 유입되도록 일측에 샘플링 라인(210)이 연결되는 3방향 밸브(220)와, 3방향 밸브(220)로부터 제 1 건조 장치(100a)의 메인 유입구(121)에 연결되는 제 1 외기 공급 라인(230)과, 3방향 밸브(220)로부터 제 2 건조 장치(100b)의 메인 유입구(121)에 연결되는 제 2 외기 공급 라인(240)을 포함하여 구성된다.
샘플링 라인(210)의 끝단에는 외기 공급부(200)에 미세 입자를 공급할 수 있는 별도의 샘플링 장치(211)가 연결될 수 있다. 샘플링 장치(211)는 실험을 위해 입자를 발생시키는 입자 발생 장치가 적용될 수 있고, 이와 달리 대기 또는 공장 등의 공간에서 입자를 유입시키는 장치가 적용될 수 있는 등 미세 입자를 외부 공기와 함께 에어로졸 상태로 공급할 수 있는 다양한 장치가 적용될 수 있다.
이러한 외기 공급부(200)는 3방향 밸브(220)의 내부 유로를 전환함으로써, 샘플링 라인(210)을 통해 유입된 미세 입자 및 외부 공기가 제 1 및 제 2 외기 공급 라인(230,240) 중 선택된 어느 하나를 통해 제 1 건조 장치(100a) 또는 제 2 건조 장치(100b)에 공급되도록 할 수 있다. 3방향 밸브(220)의 내부 유로 전환 동작은 제어부(800)에 의해 동작 제어될 수 있다.
입자 검출 방치(300)는 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b) 중 어느 하나로부터 배출되는 미세 입자를 검출하도록 구성된다. 이러한 입자 검출 방치(300)는 광 산란 방식 입자 측정 센서 등 입자의 크기 및 개수를 측정할 수 있는 다양한 장치가 적용될 수 있다.
제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)의 메인 배출구(122)에는 배출되는 에어로졸 상태의 미세 입자가 통과하도록 메인 배출 라인(500)이 연결되는데, 입자 검출 방치(300)는 이러한 메인 배출 라인(500)의 중간 구간에 연결되어 미세 입자를 검출하도록 구성된다. 입자 검출 방치(300)의 하류단에는 입자 검출 방치(300)로 유입되는 미세 입자의 유량을 조절할 수 있도록 유량계(310)가 장착된다.
메인 배출 라인(500)은 상류단부가 제 1 및 제 2 분기 라인(510,520)으로 분기되어 각각 제 1 건조 장치(100a) 및 제 2 건조 장치(100b)에 연결된다. 제 1 및 제 2 분기 라인(510,520)이 서로 합쳐지는 부위에는 별도의 3방향 밸브(530)가 배치되며, 3방향 밸브(530)의 내부 유로 전환을 통해 제 1 건조 장치(100a) 및 제 2 건조 장치(100b) 중 선택된 어느 하나의 장치로부터 메인 배출 라인(500)으로 미세 입자 및 공기의 배출 흐름이 발생하도록 할 수 있다.
또한, 메인 배출 라인(500)의 중간 구간에는 별도의 메인 펌프(400)가 연통 결합될 수 있으며, 메인 펌프(400)의 작동에 의해 전체 시스템에서 미세 입자 및 공기의 흐름이 발생되도록 할 수 있다. 메인 펌프(400)의 하류단에는 미세 입자 및 공기 유동의 유량을 조절할 수 있도록 유량계(410)가 장착될 수 있으며, 유량계(410)의 하류단에는 배출되는 미세 입자를 필터링하기 위한 필터(420)가 장착될 수 있다.
재생 건조 수단(600)은 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)에 충진된 제습제(110)를 각각 선택적으로 재생 건조시킬 수 있도록 구성되며, 제어부(800)는 외기 공급부(200) 및 재생 건조 수단(600)을 동작 제어하도록 구성된다.
이때, 제어부(800)는 외기 공급부(200)를 동작 제어하여 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b) 중 어느 하나에는 미세 입자와 외부 공기가 함께 공급되도록 하고, 이와 동시에 재생 건조 수단(600)을 동작 제어하여 나머지 하나의 건조 장치에 충진된 제습제(110)가 재생 건조되도록 할 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)의 메인 유입구(121)로 유입되는 외부 공기의 온도 및 습도를 측정하는 유입구 온습도 센서(710)와, 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)의 메인 배출구(122)로부터 배출되는 건조 공기의 온도 및 습도를 측정하는 배출구 온습도 센서(720)가 구비되는데, 유입구 온습도 센서(710)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)의 내부 공간에 메인 유입구(121)와 인접하게 각각 장착될 수 있고, 배출구 온습도 센서(720)는 도 1에 도시된 바와 같이 메인 배출 라인(500) 상에 장착될 수 있다. 물론, 배출구 온습도 센서(720) 또한 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)의 내부 공간에 메인 배출구(122)와 인접하게 각각 장착될 수도 있다.
이때, 제어부(800)는 유입구 온습도 센서(710) 및 배출구 온습도 센서(720)의 측정값을 인가받아 외기 공급부(200) 및 재생 건조 수단(600)을 동작 제어할 수 있다.
좀더 구체적으로 살펴보면, 제어부(800)는, 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b) 중 현재 미세 입자가 공급되는 하나의 건조 장치에 대해 유입구 온습도 센서(710) 및 배출구 온습도 센서(720)의 측정값을 통해 건조 성능을 판단하고, 판단한 건조 성능이 기준치 이하이면, 나머지 하나의 건조 장치에 미세 입자가 공급되도록 외기 공급부(200)를 동작 전환하고, 이와 동시에 외기 공급부(200)의 동작 전환에 의해 미세 입자 공급이 차단된 건조 장치에 대해 제습제(110)가 재생 건조되도록 재생 건조 수단(600)을 동작 전환한다.
이를 통해 어느 하나의 건조 장치에서는 미세 입자를 건조하는 건조 기능이 수행되고, 이 과정이 수행되는 동안 나머지 하나의 건조 장치에서는 재생 건조 수단(600)을 통해 제습제(110)가 재생 건조되는 재생 기능이 수행된다. 일정 기간이 지나면, 제어부(800)는 건조 기능이 수행되는 건조 장치에서 재생 기능이 수행되도록 하고, 재생 기능이 수행되는 건조 장치에서 건조 기능이 수행되도록 외기 공급부(200)와 재생 건조 수단(600)의 동작 상태를 다시 동작 전환한다. 이러한 동작 전환 과정을 일정 기간마다 반복함으로써, 하나의 건조 장치에서 미세 입자에 대한 건조 기능이 수행되는 동안 다른 하나의 건조 장치에서는 제습제(110)에 대한 재생 기능이 수행되므로, 제습제(110)의 교체 없이도 계속적으로 제습제(110)의 재생이 가능하여 반 영구적 사용이 가능하다.
이러한 제어부(800)의 외기 공급부(200) 및 재생 건조 수단(600)에 대한 동작 전환 과정은, 단순히 일정 주기마다 반복되도록 할 수도 있으나, 현재 미세 입자에 대한 건조 기능이 수행되고 있는 건조 장치의 유입구 온습도 센서(710) 및 배출구 온습도 센서(720)의 측정값을 통해 건조 성능을 판단하고, 판단 결과에 따라 동작 전환 과정이 이루어지도록 할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 재생 건조 수단(600)에 대해 자세히 살펴본다.
재생 건조 수단(600)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 메인 배출 라인(500)의 하류단에 연결되며 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b) 중 어느 하나로부터 배출되는 건조 공기를 나머지 하나에 공급하는 공기 순환 공급부(610)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)는 내부에 충진된 제습제(110)가 공기 순환 공급부(610)에 의해 공급된 건조 공기에 의해 재생 건조되도록 형성된다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)에는 공기 순환 공급부(610)에 의해 공급되는 건조 공기가 유입 및 배출되도록 양단부에 건조 유입구(131) 및 건조 배출구(132)가 형성되고, 건조 유입구(131) 및 건조 배출구(132)는 메인 유로(123)와 연통되게 형성된다.
공기 순환 공급부(610)는, 메인 배출 라인(500)의 하류단에 연결되는 3방향 밸브(611)와, 3방향 밸브(611)로부터 제 1 건조 장치(100a)의 건조 유입구(131)에 연결되는 제 1 공기 순환 라인(612)과, 3방향 밸브(611)로부터 제 2 건조 장치(100b)의 건조 유입구(131)에 연결되는 제 2 공기 순환 라인(613)을 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(800)는 3방향 밸브(611)의 내부 유로를 전환하여 메인 배출 라인(500)으로부터 배출되는 건조 공기가 제 1 및 제 2 공기 순환 라인(612,613) 중 어느 하나를 통해 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)에 공급되도록 동작 제어할 수 있다.
또한, 재생 건조 수단(600)은 제 1 및 제 2 건조 장치(100a,100b)의 메인 유로(123) 상에 배치되어 열을 발산하는 발열 히터(620)를 더 포함하여 구성될 수 있고, 발열 히터(620)는 제어부(800)에 의해 동작 제어될 수 있다.
발열 히터(620)는 도 3에 도시된 바와 같이 전원을 공급받아 발열하는 발열 코일(621)이 중공 파이프 형태의 석영관(622) 내부에 밀봉된 형태의 석영관 히터가 적용될 수 있다. 이러한 석영관 히터가 적용됨으로써, 미세 입자의 화학적 변성을 방지하고 히터로부터 새로운 추가적인 입자 발생을 억제할 수 있어 미세 입자 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 석영관 히터는 석영 재질의 특성상 매끄러운 표면을 갖기 때문에, 미세 입자의 유동 과정에서 히터 표면에 입자가 침착되는 현상이 방지되어 입자 손실이 최소화됨으로써, 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 구성에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 측정 시스템의 작동 상태를 살펴보면, 먼저, 제 1 기간 동안에는 도 4에 도시된 바와 같이 외기 공급부(200)에 의해 외부 공기와 미세 입자가 제 1 건조 장치(100a)로 유입된다. 제 1 건조 장치(100a)의 내부 메인 유로(123)를 통과하는 과정에서 제습제(110)에 의해 미세 입자 및 외부 공기가 건조되고, 건조된 상태로 메인 배출구(122)를 통해 배출된다. 메인 배출구(122)를 통해 배출된 미세 입자 및 건조 공기는 제 1 분기 라인(510)을 거쳐 메인 배출 라인(500)을 따라 유동한다. 메인 배출 라인(500)에서 입자 검출 방치(300)에 의해 입자가 측정되고, 하류단의 필터(420)를 통해 필터링된 후, 건조 공기가 공기 순환 공급부(610)로 유입된다. 공기 순환 공급부(610)에서는 3방향 밸브(611)에 의해 제 2 공기 순환 라인(613)을 따라 유동하여 제 2 건조 장치(100b)의 건조 유입구(131)에 유입된다. 제 2 건조 장치(100b)에서는 건조 유입구(131)를 통해 유입된 건조 공기가 메인 유로(123)를 따라 유동하며 건조 배출구(132)로 배출되는데, 이 과정에서 제 2 건조 장치(100b)의 제습제(110)를 재생시킨다. 건조 배출구(132)에는 재생 건조 배출 라인(141)이 연결되며, 제 2 건조 장치(100b)를 통과한 건조 공기는 3방향 밸브(140)를 거쳐 재생 건조 배출 라인(141)을 통해 외부 배출된다. 이러한 미세 입자 및 공기의 흐름은 메인 배출 라인(500)상에 장착되는 메인 펌프(400)의 작동에 의해 이루어진다.
즉, 제 1 기간 동안 제 1 건조 장치(100a)로 유입된 외부 공기는 제 1 건조 장치(100a)의 제습제(110)에 의해 건조된 건조 공기 상태로 배출되고, 배출된 건조 공기는 공기 순환 공급부(610)에 의해 제 2 건조 장치(100b)로 유입되며, 제 2 건조 장치(100b)의 메인 유로(123)를 통과하는 과정에서 제 2 건조 장치(100b)의 제습제(110)에 수분을 제거하며 제습제(110)를 재생시킨다.
이러한 공기 순환 공급부(610)에 의한 건조 공기 공급 이외에도 제어부(800)는 제 2 건조 장치(100b)의 발열 히터(620)를 발열 동작시켜 제습제(110)의 수분을 증발시키며 제습제(110)를 재생시킨다. 따라서, 제 2 건조 장치(100b)의 제습제(110)에 대한 재생 건조 기능은 건조 공기 공급 및 발열 히터(620)의 발열에 의해 더욱 신속하고 완벽하게 이루어진다.
제 1 기간 동안에는 이와 같은 동작 상태로 계속 진행되다가, 제 1 건조 장치(100a)의 유입구 온습도 센서(710) 및 배출구 온습도 센서(720)의 측정값을 통해 제 1 건조 장치(100a)의 건조 성능이 기준치 이하로 떨어지면, 도 5에 도시된 바와 같이 외기 공급부(200)의 동작을 전환하여 미세 입자 및 외부 공기를 제 2 건조 장치(100b)로 유입시킨다. 즉, 제 1 기간이 완료된 이후 시작되는 제 2 기간 동안에는 외기 공급부(200)의 동작 전환에 의해 미세 입자 및 외부 공기가 제 2 건조 장치(100b)로 공급된다. 이때, 제 2 건조 장치(100b)의 제습제(110)는 제 1 기간 동안 재생된 상태이므로, 제 2 건조 장치(100b)는 건조 성능이 양호한 상태로 미세 입자 및 외부 공기에 대한 건조 기능을 수행하게 된다.
제 2 건조 장치(100b)를 통과하며 건조된 미세 입자 및 공기는 도 4에서 설명한 바와 마찬가지 방식으로 제 2 분기 라인(520)을 거쳐 메인 배출 라인(500)으로 배출되고, 메인 배출 라인(500)을 통과하는 과정에서 입자 검출 방치(300)에 의해 미세 입자가 검출 측정된다.
한편, 외기 공급부(200)의 동작 전환과 함께 공기 순환 공급부(610)의 3방향 밸브(611) 내부 유로 또한 전환되는데, 이에 따라 메인 배출 라인(500)을 통과한 건조 공기는 공기 순환 공급부(610)에 의해 제 2 건조 장치(100b)가 아닌 제 1 건조 장치(100a)로 유입되고, 마찬가지 방식으로 제 1 건조 장치(100a)를 통과하는 과정에서 제 1 건조 장치(100a)의 제습제(110)를 재생시킨다. 이때, 발열 히터(620)에 대한 작동 상태 또한 전환되어 제 1 건조 장치(100a)의 발열 히터(620)가 작동하여 제 1 건조 장치(100a)의 제습제(110)를 건조 공기와 함께 재생시킨다.
이러한 전환 과정을 계속 반복함으로써, 어느 하나의 건조 장치는 미세 입자에 대한 건조 기능을 수행하고, 이 기간 동안 나머지 하나의 건조 장치는 재생되며, 이에 따라 건조 장치의 제습제(110)에 대한 교환 없이도 건조 장치를 계속해서 사용할 수 있어 더욱 편리한 운영이 가능하고 측정 결과의 연속성 및 정확도를 향상시킬 수 있다.
한편, 제어부(800)는 재생 기능이 수행되는 건조 장치의 발열 히터(620)만 작동되는 것으로 설명하였으나, 이와 달리 건조 기능이 수행되는 건조 장치의 발열 히터(620) 또한 외부 공기의 온도 조절을 위해 상대적으로 저온 상태로 발열하도록 동작 제어될 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 상태를 예로 들면, 미세 입자 및 외부 공기가 제 1 건조 장치(100a)로 공급될 때, 제 2 건조 장치(100b)의 발열 히터(620)는 제 2 건조 장치(100b)의 제습제(110)를 재생시키도록 약 100℃ 정도의 상대적 고온으로 발열시킬 수 있고, 제 1 건조 장치(100a)의 발열 히터(620)는 내부 공간을 통과하는 외부 공기의 온도를 조절할 수 있도록 필요에 따라 약 30℃ 정도의 상대적 저온으로 발열시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.
100a: 제 1 건조 장치
100b: 제 2 건조 장치
110: 제습제
200: 외기 공급부
300: 입자 검출 장치
400: 메인 펌프
500: 메인 배출 라인
600: 재생 건조 수단
610: 공기 순환 공급부
620: 발열 히터
710: 유입구 온습도 센서
720: 배출구 온습도 센서
800: 제어부
100b: 제 2 건조 장치
110: 제습제
200: 외기 공급부
300: 입자 검출 장치
400: 메인 펌프
500: 메인 배출 라인
600: 재생 건조 수단
610: 공기 순환 공급부
620: 발열 히터
710: 유입구 온습도 센서
720: 배출구 온습도 센서
800: 제어부
Claims (8)
- 미세 입자가 에어로졸 상태로 유입되어 배출되도록 양단부에 메인 유입구 및 메인 배출구가 형성되고, 중심부에는 상기 메인 유입구 및 메인 배출구와 연통되는 메인 유로가 형성되며, 내부 공간에는 상기 메인 유로를 통과하는 에어로졸 상태의 미세 입자를 건조시킬 수 있도록 상기 메인 유로를 감싸는 형태로 제습제가 충진되는 제 1 및 제 2 건조 장치;
에어로졸 상태의 미세 입자가 외부 공기와 함께 상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 어느 하나에 선택적으로 유입되도록 작동하는 외기 공급부;
상기 제 1 및 제 2 건조 장치로부터 배출되는 에어로졸 상태의 미세 입자가 통과하도록 상류단부가 제 1 및 제 2 분기 라인으로 분기되어 상기 제 1 및 제 2 건조 장치의 메인 배출구에 결합되는 메인 배출 라인;
상기 메인 배출 라인의 중간에 연결되어 미세 입자 및 공기의 흐름을 발생시키도록 작동하는 메인 펌프
상기 메인 배출 라인의 중간에 연결되어 상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 어느 하나로부터 배출되는 미세 입자를 검출하는 입자 검출 장치;
상기 제 1 및 제 2 건조 장치에 충진된 제습제를 선택적으로 재생 건조시킬 수 있도록 작동하는 재생 건조 수단; 및
상기 외기 공급부 및 재생 건조 수단을 동작 제어하는 제어부
를 포함하고, 상기 제어부는 상기 외기 공급부를 동작 제어하여 상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 어느 하나에 미세 입자와 외부 공기가 함께 공급되도록 하고, 이와 동시에 상기 재생 건조 수단을 동작 제어하여 나머지 하나의 건조 장치에 충진된 제습제가 재생 건조되도록 하고,
상기 재생 건조 수단은,
상기 메인 배출 라인의 하류단에 연결되며 상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 어느 하나로부터 배출되는 건조 공기를 나머지 하나에 공급하는 공기 순환 공급부; 및
상기 제 1 및 제 2 건조 장치의 메인 유로 상에 배치되어 열을 발산하며 열에 의해 상기 제습제를 재생 건조시키는 발열 히터
를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 건조 장치는 내부에 충진된 제습제가 상기 공기 순환 공급부를 통해 공급된 건조 공기에 의해 재생 건조되도록 형성되고,
상기 발열 히터는 발열 코일이 석영관 내부에 밀봉된 형태의 석영관 히터가 적용되며,
상기 제어부는 상기 공기 순환 공급부의 건조 공기와 상기 발열 히터의 열에 의해 상기 제습제가 재생 건조되도록 상기 공기 순환 공급부와 발열 히터를 동시에 작동시키는 것을 특징으로 하는 입자 측정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 건조 장치의 메인 유입구로 유입되는 외부 공기의 온도 및 습도를 측정하는 유입구 온습도 센서; 및
상기 제 1 및 제 2 건조 장치의 메인 배출구로부터 배출되는 건조 공기의 온도 및 습도를 측정하는 배출구 온습도 센서
를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 유입구 온습도 센서 및 배출구 온습도 센서의 측정값을 인가받아 상기 외기 공급부 및 재생 건조 수단을 동작 제어하는 것을 특징으로 하는 입자 측정 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 현재 미세 입자가 공급되는 하나의 건조 장치에 대해 상기 유입구 온습도 센서 및 배출구 온습도 센서의 측정값을 통해 건조 성능을 판단하고, 판단한 건조 성능이 기준치 이하이면, 나머지 하나의 건조 장치에 미세 입자가 공급되도록 상기 외기 공급부를 동작 전환하고, 상기 외기 공급부의 동작 전환에 의해 미세 입자 공급이 차단된 건조 장치에 대해 제습제가 재생 건조되도록 상기 재생 건조 수단을 동작 전환하는 것을 특징으로 하는 입자 측정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 건조 장치에는 상기 공기 순환 공급부에 의해 공급되는 건조 공기가 유입 및 배출되도록 양단부에 건조 유입구 및 건조 배출구가 형성되며, 상기 건조 유입구 및 건조 배출구는 상기 메인 유로와 연통되게 형성되는 것을 특징으로 하는 입자 측정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 공기 순환 공급부는
상기 메인 배출 라인의 하류단에 연결되는 3방향 밸브;
상기 3방향 밸브로부터 상기 제 1 건조 장치의 건조 유입구에 연결되는 제 1 공기 순환 라인; 및
상기 3방향 밸브로부터 상기 제 2 건조 장치의 건조 유입구에 연결되는 제 2 공기 순환 라인
을 포함하고, 상기 제어부는 상기 3방향 밸브의 내부 유로를 전환하여 상기 메인 배출 라인으로부터 배출되는 건조 공기가 상기 제 1 및 제 2 공기 순환 라인 중 어느 하나를 통해 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 입자 측정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제 1 및 제 2 건조 장치 중 어느 하나에 배치된 발열 히터가 제습제를 재생 건조하도록 상대적으로 고온 발열하도록 하고, 나머지 하나에 배치된 발열 히터는 외부 공기의 온도를 조절할 수 있도록 상대적으로 저온 발열하도록 동작 제어하는 것을 특징으로 하는 입자 측정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 외기 공급부는
미세 입자가 함유된 외부 공기가 유입되도록 일측에 샘플링 라인이 연결되는 3방향 밸브;
상기 3방향 밸브로부터 상기 제 1 건조 장치의 메인 유입구에 연결되는 제 1 외기 공급 라인; 및
상기 3방향 밸브로부터 상기 제 2 건조 장치의 메인 유입구에 연결되는 제 2 외기 공급 라인
을 포함하고, 상기 제어부는 상기 3방향 밸브의 내부 유로를 전환하여 상기 샘플링 라인을 통해 유입된 미세 입자 및 외부 공기가 상기 제 1 및 제 2 외기 공급 라인 중 어느 하나를 통해 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 입자 측정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 건조 장치는 각각
상단에 상기 메인 유입구가 형성되는 상부 바디;
하단에 상기 메인 배출구가 형성되는 하부 바디; 및
상기 상부 바디와 하부 바디 사이에 결합되며 중심부에는 상기 메인 유로가 형성되도록 중공 파이프 형태의 메쉬 파이프가 배치되는 중심 케이스
를 포함하고, 상기 메쉬 파이프는 에어로졸 상태의 미세 입자가 측벽을 통과할 수 있도록 메쉬 형태로 형성되며,
상기 제습제는 상기 메쉬 파이프의 외부 공간을 감싸는 형태로 상기 중심 케이스에 충진되는 것을 특징으로 하는 입자 측정 시스템.
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