KR102184500B1 - 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터 및 그 동작방법 - Google Patents

연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터 및 그 동작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시료가스의 성분분석을 위한 수분제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터 및 그 동작방법에 관한 것이다. 이를 위해, 시료가스가 유입되는 유입관(30); 유입관(30)상에 설치되어 일정 크기의 먼지를 분리 통과시키는 입경분리기(2); 유입관(30)으로부터 분지되어 수직으로 설치되는 제 1 디졸베이터(100); 유입관(30)으로부터 분지되어 수직으로 설치되는 제 2 디졸베이터(200); 제 1, 2 디졸베이터(100, 200)에 의해 수분이 제거된 상기 시료가스가 배출되는 유출구(20); 및 제 1 디졸베이터(100)와 상기 제 2 디졸베이터(200) 각각에 대해 동작모드, 청소모드 및 준비모드중 하나로 제어하는 제어부(50);가 제공된다.

Description

연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터 및 그 동작방법{Verticle type dual desolvator for continuous particulate matter analysis and operating method thereof}
본 발명은 시료가스의 성분분석을 위한 전처리용 수분제거장치(디졸베이터)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속적인 미세먼지(PM-10, PM-2.5) 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터 및 그 동작방법에 관한 것이다.
공장의 굴뚝의 배출가스 또는 대기중에 포함된 오염물질의 농도를 측정하기 위해서는 시료가스를 채취하여 성분별 농도를 분석한다. 이 때, 시료가스는 그 속에 포함된 수분(H20)을 미리 제거한 뒤 분석장치(예 : NDIR, 베타레이, 광투과 장치)로 보낸다. 이와 같이 수분을 제거하는 장치를 "수분전처리장치(Desolvator)"라고 한다. 수분(H2O)은 극성이 매우 큰 물질이므로, H2S 또는 (CH3)2CCl2와 같은 극성이 큰 악취 또는 VOCs 물질의 분석에 영향을 미친다. 따라서 시료채취 또는 분석 전에 수분 제거 처리는 대기의 오염 분석을 위한 시료 분석에 있어 매우 중요한 일이다.
그런데 이와 같은 시료가스 내부에는 먼지상의 1차 미세먼지와 가스의 화학반응으로 인한 2차 미세먼지가 포함될 수 있다. 특히, 2차 미세먼지는 아황산가스나 질소산화물이 암모니아와 반응하여 황산염이나 질산염의 형태로 발생하며, PM-2.5의 초미세먼지가 된다. 그런데 이와 같은 2차 미세먼지는 일반 환경대기중 50% 이상을 차지할 때도 있는데, 기체가 반응하여 생성된 것이므로 승화성이 높다. 한편, 이러한 황산염이나 질산염 등의 2차 미세먼지는 가온 정도에 따라서 승화되어 다시 아황산가스나 질소산화물의 가스상 물질이 될 수도 있다.
따라서, 종래 방식의 미세먼지측정기에서 수분전처리(수분 제거)를 하기 위해 시료가스를 가열하는 경우, 2차 미세먼지가 승화성으로 인해 기체상으로 변화되어 과소평가되고, 가스상 물질들이 반응하여 2차 미세먼지가 되어 과대평가되는 문제점이 있었다. 이러한 현상을 인위적 물질 형태(artifact formation)이라고 한다. 즉, 이러한 불합리한 과정에 의하여 시료가스의 정확한 성분별 농도 측정이 불가능했다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 동일 발명자에 의해 제시된 새로운 방식은 디졸베이터에서 시료가스를 냉각하여 성에(Frost)로써 수분을 제거하는 것이었다. 그러나, 종래 냉각방식의 디졸베이터는 성에가 배출되지 않고 얼어버린 채로 유지되어 작업자가 디졸베이터를 끄고 막대를 집어넣어 얼어버린 성에를 제거하곤 했다. 이로 인해, 성에 제거를 위해 디졸베이터가 주기적으로 구동을 중단해야만 하는 문제점이 있었다. 한편, 보다 큰 문제는 수분을 제거하는 과정에서 상당한 먼지(PM-10, PM-2.5)들이 성에에 달라붙는 문제가 있었다.
또한, 종래의 디졸베이터는 단일 형태(한개 경로)로 구비됨에 따라, 구동 중 오류가 발생되거나, 장치에 결함이 발생될 경우, 대체제가 마련되어 있지 않아 전체 시스템의 운영을 장기간 중단시켜야 하는 문제점도 있었다.
(1) 대한민국 특허등록 제 10-1776495 호(대기오염 분석을 위한 전환형 수분 전처리장치 및 그 동작 방법) (2) 대한민국 특허출원 제 10-2007-0078530호(저 비등점 기체 분석을 위한 시료 전처리 유닛) (3) 대한민국 특허출원 제 10-2004-0088554호(대기오염 분석을 위한 수분 전처리 장치 수단이 구비된 시료포집장치) (4) 대한민국 특허출원 제 10-2015-0062003호(대기오염 측정 분석을 위한 전처리 장치 및 방법)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은 대기의 분석을 위한 시료가스에서 승화성이 높은 2차 미세먼지를 유지한 채 수분만을 아이스로 제거할 수 있고, 가온상태가 아니라 저온이 유지되기 때문에 화학반응을 통한 2차 미세먼지의 생성을 억제할 수 있는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터 및 그 동작방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 동작하는 디졸베이터와 아이스를 제거하는 디졸베이터를 교대로 운영함으로써 전체 시스템의 멈춤없이 연속동작이 가능한 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터 및 그 동작방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로는, 시료가스가 유입되는 유입관(30); 유입관(30)상에 설치되어 일정 크기의 먼지 입경을 분리하는 입경분리기(2); 유입관(30)으로부터 분지되어 수직으로 설치되는 제 1 디졸베이터(100); 유입관(30)으로부터 분지되어 수직으로 설치되는 제 2 디졸베이터(200); 제 1, 2 디졸베이터(100, 200)에 의해 수분이 제거된 상기 시료가스가 배출되는 유출구(20); 및 제 1 디졸베이터(100)와 상기 제 2 디졸베이터(200) 각각에 대해 동작모드, 청소모드 및 준비모드중 하나로 제어하는 제어부(50);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터가 제공된다.
또한, 제 1 디졸베이터(100)는, 유입관(30)으로부터 분지되는 제 1 유입관(32)과 상기 제 1 유입관(32)을 개폐하는 제 1 유입밸브(3); 제 1 유입관(32)상에 설치되는 제 1 펠티어(4)와 상기 제 1 펠티어(4)를 방열시키기 위한 제 1 방열구(5); 제 1 유입관(32)으로부터 연직방향으로 분지되는 제 1 배수관(40)과 상기 제 1 배수관(40)을 개폐하기 위한 제 1 배수밸브(6); 및 제 1 배수관(40)의 하단에 설치되는 제 1 배수탱크(8)와 제 1 히터(9);를 포함한다.
또한, 제 1 유입관(32)의 하단은 제 1 배수관(40)과 유출구(20)로 분지된다.
또한, 제 1 배수탱크(8)에는 제 1 배수구(7)가 더 구비된다.
또한, 제 2 디졸베이터(200)는, 유입관(30)으로부터 분지되는 제 2 유입관(34)과 상기 제 2 유입관(34)을 개폐하는 제 2 유입밸브(16); 제 2 유입관(34)상에 설치되는 제 2 펠티어(14)와 상기 제 2 펠티어(14)를 방열시키기 위한 제 2 방열구(15); 제 2 유입관(34)으로부터 연직방향으로 분지되는 제 2 배수관(42)과 상기 제 2 배수관(42)을 개폐하기 위한 제 2 배수밸브(13); 및 제 2 배수관(42)의 하단에 설치되는 제 2 배수탱크(11)와 제 2 히터(10);를 포함한다.
또한, 제 2 유입관(34)의 하단은 제 2 배수관(42)과 유출구(20)로 분지된다.
또한, 제 2 배수탱크(11)에는 제 2 배수구(12)가 더 구비된다.
또한, 입경분리기(2)는 예를 들어 10㎛ 또는 2.5㎛ 이상의 입자는 분리하고, 즉 PM-10 또는 PM-2.5의 먼지만을 통과시킬 수 있는 입경분리기 형태의 필터이다.
또한, 제어부(50)는, 제 1 디졸베이터(100)를 동작모드, 청소모드 및 준비모드 순서로 제어하고, 그리고, 제 2 디졸베이터(200)를 청소모드, 준비모드 및 동작모드 순서로 제어한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 또 다른 카테고리로써, 전술한 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법으로서, 시료가스가 유입관(30)으로 유입되면, 제어부(50)가 유입관(30)으로부터 분지되어 수직으로 설치된 제 1 디졸베이터(100)를 동작모드로 전환하고, 상기 유입관(30)으로부터 분지되어 수직으로 설치된 제 2 디졸베이터(200)를 청소모드로 전환하는 단계(S100); 제어부(50)가 제 1 디졸베이터(100)를 동작모드로 유지하고, 제 2 디졸베이터(200)를 준비모드로 전환하는 단계(S120); 제어부(50)가 제 1 디졸베이터(100)를 청소모드로 전환하고, 제 2 디졸베이터(200)를 동작모드로 전환하는 단계(S140); 및 제어부(50)가 제 1 디졸베이터(100)를 준비모드로 전환하고, 제 2 디졸베이터(200)를 동작모드로 유지하는 단계(S160);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법에 의해 달성될 수 있다.
또한, 시료가스가 유입관(30)으로 유입되면, 입경분리기(2)에 의해 시료가스의 특정 입경크기의 미세먼지만 통과시키는 단계(S50);가 먼저 추가로 실행된다.
또한, S100단계는, 제 1 유입밸브(3)가 개방되고, 제 1 배수밸브(6)가 폐쇄되며, 제 1 펠티어(4)가 냉각상태이고, 제 1 히터(9)가 OFF 상태이며, 그리고, 제 2 유입밸브(16)가 폐쇄되고, 제 2 배수밸브(13)가 개방되며, 제 2 펠티어(14)가 고온상태이고, 제 2 히터(10)가 OFF 상태이다.
또한, S120단계는, 제 1 유입밸브(3)가 개방되고, 제 1 배수밸브(6)가 폐쇄되며, 제 1 펠티어(4)가 냉각상태이고, 제 1 히터(9)가 OFF 상태이며, 그리고, 제 2 유입밸브(16)가 폐쇄되고, 제 2 배수밸브(13)가 개방되며, 제 2 펠티어(14)가 냉각상태이고, 제 2 히터(10)가 ON 상태이다.
또한, S140단계는, 제 1 유입밸브(3)가 폐쇄되고, 제 1 배수밸브(6)가 개방되며, 제 1 펠티어(4)가 고온상태이고, 제 1 히터(9)가 OFF 상태이며, 그리고, 제 2 유입밸브(16)가 개방되고, 제 2 배수밸브(13)가 폐쇄되며, 제 2 펠티어(14)가 냉각상태이고, 제 2 히터(10)가 OFF 상태이다.
또한, S160단계는, 제 1 유입밸브(3)가 폐쇄되고, 제 1 배수밸브(6)가 개방되며, 제 1 펠티어(4)가 냉각상태이고, 제 1 히터(9)가 ON 상태이며, 그리고, 제 2 유입밸브(16)가 개방되고, 제 2 배수밸브(13)가 폐쇄되며, 제 2 펠티어(14)가 냉각상태이고, 제 2 히터(10)가 OFF 상태이다.
또한, 제 1 펠티어(4) 또는 제 2 펠티어(14)가 냉각상태일 때, -10℃ ~ -5℃ 범위이다.
상기와 같이 기술된 본 발명의 일 실시예에 의하면, 대기의 분석을 위한 시료가스에서 승화성이 높은 2차 미세먼지를 유지한 채 수분만을 아이스로 제거할 수 있고, 가온상태가 아니라 저온이 유지되기 때문에 화학반응을 통한 2차 미세먼지의 생성을 억제할 수 있어 높은 신뢰도를 가진 성분별 농도 측정이 가능해진다.
또한, 동작하는 디졸베이터와 아이스를 제거하는 디졸베이터를 교대로 운영함으로써 전체 시스템의 멈춤없이 연속동작이 가능하다. 따라서, 한쪽 디졸베이터가 고장나는 경우에도 전체 시스템의 멈춤없이 수리할 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 듀얼 디졸베이터의 정면도,
도 2는 도 1에 도시된 수직형 듀얼 디졸베이터의 개략적인 블럭도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법을 나타내는 흐름도,
도 4a는 -5℃의 펠티어 온도에서 각 미세먼지의 크기별 회수량을 나타내는 그래프,
도 4b는 -10℃의 펠티어 온도에서 각 미세먼지의 크기별 회수량을 나타내는 그래프,
도 4c는 -15℃의 펠티어 온도에서 각 미세먼지의 크기별 회수량을 나타내는 그래프,
도 4d는 -20℃의 펠티어 온도에서 각 미세먼지의 크기별 회수량을 나타내는 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
실시예의 구성
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 듀얼 디졸베이터의 정면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 듀얼 디졸베이터는 연직방향(중력방향)으로 세워져 설치되고, 크게 제1 디졸베이터(100)와 제 2 디졸베이터(200)로 구분된다.
유입구(1)는 유입관(30)의 최상부로써, 수직하도록 설치되고 시료가스가 유입되는 부분이다.
입경분리기(2)는 유입관(30)의 상부인 유입구에서부터 중간영역에 걸쳐 설치되고, 일정크기의 먼지입경을 분리하는 필터이다. 입경분리기(2)는 PM-10 또는 PM-2.5 만을 통과시키는 성능의 필터가 될 수 있다. PM(Particulate Matter)이란 ‘입자상 물질(대기 중에 떠다니는 고체 또는 액체 상태의 미세 입자)’이라는 뜻으로 PM10은 입자의 크기가 지름 10㎛ 이하의 미세먼지, PM-2.5는 지름 2.5㎛ 이하의 초미세먼지, PM-1.0은 지름 1.0㎛ 이하의 극초미세먼지이다. 입경분리기(2)는 PM-10, PM-2.5 또는 PM-1.0 성능의 필터이다.
유입관(30)의 하단에는 제 1 디졸베이터(100)와 제 2 디졸베이터(200)가 병렬로 설치되어 있다.
제 1 디졸베이터(100)의 제 1 유입관(32)은 유입관(30)으로부터 분지되고, 중간영역에 제 1 유입관(32)을 개폐하는 제 1 유입밸브(3)를 갖는다.
제 1 유입관(32)의 중간영역은 수직한 직선 부분을 형성하며, 일측에 제 1 펠티어(4)와 제 1 방열구(5)가 설치된다. 제 1 펠티어(4)는 제 1 유입관(32)을 -10℃ ~ -5℃ 범위로 냉각하여 제 1 유입관(32) 내부에서 아이스(얼음)가 형성되도록 한다.
제 1 방열구(5)는 팬, 팬모터, 방열핀 등을 포함하여 제 1 펠티어(4)의 열을 대기중으로 열교환시킨다.
제 1 배수관(40)은 제 1 유입관(32)의 하단에서 연장되는 방향으로 설치되고, 제 1 배수관(40)의 중간에는 제 1 배수관(40)을 개폐하기 위한 제 1 배수밸브(6)가 설치된다.
이러한 제 1 배수관(40)의 하단에는 제 1 배수탱크(8)가 설치되어 중력으로 흘러내리는 수분을 저장할 수 있다.
제 1 히터(9)는 제 1 배수탱크(8)의 저면이나 측면에 설치되어 제 1 배수탱크(8)에 모여진 물을 증기로 배출하는 역할을 한다.
제 2 디졸베이터(200)의 제 2 유입관(34)은 유입관(30)으로부터 분지되고, 중간영역에 제 2 유입관(34)을 개폐하는 제 2 유입밸브(16)를 갖는다.
제 2 유입관(34)의 중간영역은 수직한 직선 부분을 형성하며, 일측에 제 2 펠티어(14)와 제 2 방열구(15)가 설치된다. 제 2 펠티어(14)는 제 2 유입관(34)을 -10℃ ~ -5℃ 범위로 냉각하여 제 2 유입관(34) 내부에서 아이스(얼음)가 형성되도록 한다.
제 2 방열구(15)는 팬, 팬모터, 방열핀 등을 포함하여 제 2 펠티어(14)의 열을 대기중으로 열교환시킨다.
제 2 배수관(42)은 제 2 유입관(34)의 하단에서 연장되는 방향으로 설치되고, 제 2 배수관(42)의 중간에는 제 2 배수관(42)을 개폐하기 위한 제 2 배수밸브(13)가 설치된다.
이러한 제 2 배수관(42)의 하단에는 제 2 배수탱크(11)가 설치되어 중력으로 흘러내리는 수분을 저장할 수 있다.
제 2 히터(10)는 제 2 배수탱크(11)의 저면이나 측면에 설치되어 제 2 배수탱크(11)에 모여진 물을 증기로 배출하는 역할을 한다.
제 1 유출관(36)의 일단은 제 1 유입관(32)과 제 1 배수관(40) 사이에서 분지되고, 제 2 유출관(38)의 일단은 제 2 유입관(34)과 제 2 배수관(42) 사이에서 분지된다. 제 1 유출관(36)의 타단과 제 2 유출관(38)의 타단은 합지하여 유출구(20)로 연통된다. 이러한 유출구(20)는 수분이 제거된 시료가스가 배출되는 곳으로서 미세번지 분석장치(예 : 베타레이, 광산란센서 또는 광투과장치)와 연결된다.
도 2는 도 1에 도시된 수직형 듀얼 디졸베이터의 개략적인 블럭도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(50)는 제 1, 2 디졸베이터(100, 200)의 모드를 각각 제어한다.
제 1 디졸베이터(100)의 제 1 유입밸브(3), 제 1 펠티어(4), 제 1 방열구(5), 제 1 배수밸브(7) 및 제 1 히터(9)는 제어부(50)와 연결된다. 그리고, 제 2 디졸베이터(200)의 제 2 유입밸브(16), 제 2 펠티어(14), 제 2 방열구(15), 제 2 배수밸브(13) 및 제 2 히터(10)도 제어부(50)와 연결된다.
따라서, 제어부(50)는 제 1, 2 유입밸브(3, 16), 제 1, 2 펠티어(4, 14), 제 1, 2 방열구(5, 15), 제 1, 2 배수밸브(7, 13) 및 제 1, 2 히터(9, 10)를 각각 개별적으로 제어할 수 있도록 구성된다. 이를 위해, 제어부(50)는 마이컴, 프로그램어블 로직 콘트롤러, CPU(중앙연산장치) 등이 될 수 있다.
실시예의 동작
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 시료가스가 유입관(30)으로 유입되면, 입경분리기(2)에 의해 시료가스의 미세먼지가 분리된다(S50). 예를 들어, 입경분리기(2)가 PM-10이라면 직경이 10 ㎛ 이상의 일반 먼지가 걸러지고, 이보다 직경이 작은 미세먼지가 시료가스와 함께 통과된다.
그 다음, 제어부(50)는 제 1 디졸베이터(100)를 동작모드로 전환하고, 제 2 디졸베이터(200)를 청소모드로 전환한다(S100). 구체적으로는 제 1 유입밸브(3)가 개방되고, 제 1 배수밸브(6)가 폐쇄되며, 제 1 펠티어(4)가 -10℃ ~ -5℃ 범위의 냉각상태이고, 제 1 히터(9)가 OFF 상태이다. 따라서, 시료가스는 유입관(30)-제 1 유입관(32)-제 1 유출관(36)-유출구(20)의 순서로 유동한다. 이때, 시료가스에 포함된 수분은 제 1 펠티어(4)에 의해 아이스화된후, 제 1 유입관(32)의 내벽에 달라 붙는다.
한편, 청소모드인 제 2 디졸베이터(200)는 제 2 유입밸브(16)가 폐쇄되고, 제 2 배수밸브(13)가 개방되며, 제 2 펠티어(14)가 고온상태이고, 제 2 히터(10)가 OFF 상태이다. 즉, 제 2 유입관(34) 내부에서 크게 성장한 아이스는 고온의 제 2 펠티어(14)로 인해 녹아서 액체가 되며, 액체는 제 2 배수관(42)을 타고 흘러내려 제 2 배수탱크(11)에 모여진다.
그 다음, 제어부(50)는 제 1 디졸베이터(100)를 동작모드로 유지하고, 제 2 디졸베이터(200)를 준비모드로 전환한다(S120). 구체적으로는, 제 1 유입밸브(3)가 개방되고, 제 1 배수밸브(6)가 폐쇄되며, 제 1 펠티어(4)가 냉각상태이고, 제 1 히터(9)가 OFF 상태이다. 즉, S100단계와 동일하게 S120단계에서도 제 1 디졸베이터(100)는 동일한 상태와 조건에서 동작하게 된다. 반면, 제 2 디졸베이터는 준비모드가 되어, 제 2 유입밸브(16)가 폐쇄되고, 제 2 배수밸브(13)가 개방(폐쇄일 수도 있음)되며, 제 2 펠티어(14)가 냉각상태이고, 제 2 히터(10)가 ON 상태이다. 즉, 제 2 펠티어(14)는 고온상태에서 저온상태로 전환되는 준비과정이고, 제 2 히터(10)의 열로 인해 제 2 배수탱크(11) 속의 물은 증발되어 수증기가 된후 제 2 배수구(12)로 빠져 나간다.
그 다음, 제어부(50)는 제 1 디졸베이터(100)를 청소모드로 전환하고, 제 2 디졸베이터(200)를 동작모드로 전환한다(S140). 즉, 제 1 유입밸브(3)가 폐쇄되고, 제 1 배수밸브(6)가 개방되며, 제 1 펠티어(4)가 고온상태이고, 제 1 히터(9)가 OFF 상태이다. 따라서, 시료가스는 유입관(30)-제 2 유입관(34)-제 2 유출관(38)-유출구(20)의 순서로 유동한다. 이때, 시료가스에 포함된 수분은 제 2 펠티어(14)에 의해 아이스화된 후, 제 2 유입관(34)의 내벽에 달라 붙는다.
한편, 청소모드인 제 1 디졸베이터(100)는 제 1 유입밸브(3)가 폐쇄되고, 제 1 배수밸브(6)가 개방되며, 제 1 펠티어(4)가 고온상태이고, 제 1 히터(9)가 OFF 상태이다. 즉, 제 1 유입관(32) 내부에서 크게 성장한 아이스는 고온의 제 1 펠티어(4)로 인해 녹아서 액체가 되며, 액체는 제 1 배수관(40)을 타고 흘러내려 제 1 배수탱크(8)에 모여진다.
그 다음, 제어부(50)는 제 1 디졸베이터(100)를 준비모드로 전환하고, 제 2 디졸베이터(200)를 동작모드로 유지한다(S160). 즉, S160단계는, 제 1 유입밸브(3)가 폐쇄되고, 제 1 배수밸브(6)가 개방되며, 제 1 펠티어(4)가 냉각상태이고, 제 1 히터(9)가 ON 상태이다. 즉, 제 1 펠티어(4)는 고온상태에서 저온상태로 전환되는 준비과정이고, 제 1 히터(9)의 열로 인해 제 1 배수탱크(8) 속의 물은 증발되어 수증기가 된후 제 1 배수구(7)로 빠져 나간다. 그리고, 제 2 디졸베이터(200)는 S140단계와 동일한 동작상태를 유지한다. 이때, 제 1 배수구(7)나 제 2 배수구(12)는 제 1 배수탱크(8)나 제 2 배수탱크(11)의 하부 중심에 위치할 수 있으며, 열이 아닌 진공에 의해서 배수될 수도 있다.
이와 같은 과정이 반복되면서, 수분제거와 아이스 제거가 교번적으로 일어나게 된다. 이로 인해, 디졸베이터의 연속 동작이 가능하고, 아이스 제거를 위해 디졸베이터를 멈추는 일이 없어진다.
제어부(50)는 일정 기간마다 제 1, 2 디졸베이터(100, 200)를 교대로 동작시킬 수 있고, 제 1 펠티어(4)의 상하에 설치된 2개의 압력센서(미도시)를 이용하여 차압을 감지함으로써 제 1, 2 디졸베이터(100, 200)의 교대 타이밍을 결정할 수 있다. 이를 위해, 제 2 펠티어(14)의 상하에도 2개의 압력센서(미도시)가 설치되는 것이 바람직하다.
도 4a는 -5℃의 펠티어 온도에서 각 미세먼지의 크기별 회수량을 나타내는 그래프, 도 4b는 -10℃의 펠티어 온도에서 각 미세먼지의 크기별 회수량을 나타내는 그래프, 도 4c는 -15℃의 펠티어 온도에서 각 미세먼지의 크기별 회수량을 나타내는 그래프, 도 4d는 -20℃의 펠티어 온도에서 각 미세먼지의 크기별 회수량을 나타내는 그래프이다. 아울러 [표 1]은 각각의 온도에서 회수율(Recovery Rate)을 나타낸 것이다.
펠티어 온도(℃) PM-10(㎍/m3) PM-2.5(㎍/m3) PM-1.0(㎍/m3)
-20 86 81 76
-15 100 90 87
-10 100 95 93
-5 100 96 94
도 4a 내지 도 4d 및 [표 1]에 도시된 바와 같이, -20℃에서는 시료가스내의 수분이 성에(FROST)화하여 회수율이 낮음(76% ~ 86%)을 알 수 있다. 회수율이 낮으면 미세먼지나 초미세먼지가 수분과 함께 아이스화됨으로써 시료가스의 성분별 농도가 변하게 되고, 이로 인해 정확한 농도 분석이 어려워진다.
그리고, -15℃에서는 시료가스내의 수분이 일부 성에(FROST)화하고 일부 아이스화하여 회수율이 먼지 크기에 따라 다름(87% ~ 100%)을 알 수 있다.
그리고, -10℃ ~ -5℃에서는 시료가스내의 수분이 아이스화하고, 미세먼지의 회수율이 매우 높음(93 ~ 100%)을 알 수 있다. 따라서, 제 1, 2펠티어(4, 14)의 온도를 -10℃ ~ -5℃로 유지하면 수분은 아이스로 제거할 수 있고, 미세먼지, 초미세먼지, 극초미세먼지는 거의 그대로 가스분석장치로 유입되어 정확한 농도 측정이 가능해진다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
1 : 유입구,
2 : 입경분리기,
3 : 제 1 유입밸브,
4 : 제 1 펠티어,
5 : 제 1 방열구,
6 : 제 1 배수밸브,
7 : 제 1 배수구,
8 : 제 1 배수탱크,
9 : 제 1 히터,
10 : 제 2 히터,
11 : 제 2 배수탱크,
12 : 제 2 배수구,
13 : 제 2 배수밸브,
14 : 제 2 펠티어,
15 : 제 2 방열구,
16 : 제 2 유입밸브,
20 : 유출구,
30 : 유입관,
32 : 제 1 유입관,
34 : 제 2 유입관,
36 : 제 1 유출관,
38 : 제 2 유출관,
40 : 제 1 배수관,
42 : 제 2 배수관,
50 : 제어부,
100 : 제 1 디졸베이터,
200 : 제 2 디졸베이터.

Claims (17)

  1. 시료가스가 유입되는 유입관(30);
    상기 유입관(30)상에 설치되어 일정 크기의 먼지 입경을 분리하는 입경분리기(2);
    상기 유입관(30)으로부터 분지되어 수직으로 설치되는 제 1 디졸베이터(100);
    상기 유입관(30)으로부터 분지되어 수직으로 설치되는 제 2 디졸베이터(200);
    상기 제 1, 2 디졸베이터(100, 200)에 의해 수분이 제거된 상기 시료가스가 배출되는 유출구(20); 및
    상기 제 1 디졸베이터(100)와 상기 제 2 디졸베이터(200) 각각에 대해 동작모드, 청소모드 및 준비모드중 하나로 제어하는 제어부(50);를 포함하고,
    상기 제 1 디졸베이터(100)는,
    상기 유입관(30)으로부터 분지되는 제 1 유입관(32)과 상기 제 1 유입관(32)을 개폐하는 제 1 유입밸브(3);
    상기 제 1 유입관(32)상에 설치되는 제 1 펠티어(4)와 상기 제 1 펠티어(4)를 방열시키기 위한 제 1 방열구(5);
    상기 제 1 유입관(32)으로부터 연직방향으로 분지되는 제 1 배수관(40)과 상기 제 1 배수관(40)을 개폐하기 위한 제 1 배수밸브(6); 및
    상기 제 1 배수관(40)의 하단에 설치되는 제 1 배수탱크(8)와 제 1 히터(9);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유입관(32)의 하단은 상기 제 1 배수관(40)과 상기 유출구(20)로 분지되는 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배수탱크(8)에는 제 1 배수구(7)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 디졸베이터(200)는,
    상기 유입관(30)으로부터 분지되는 제 2 유입관(34)과 상기 제 2 유입관(34)을 개폐하는 제 2 유입밸브(16);
    상기 제 2 유입관(34)상에 설치되는 제 2 펠티어(14)와 상기 제 2 펠티어(14)를 방열시키기 위한 제 2 방열구(15);
    상기 제 2 유입관(34)으로부터 연직방향으로 분지되는 제 2 배수관(42)과 상기 제 2 배수관(42)을 개폐하기 위한 제 2 배수밸브(13); 및
    상기 제 2 배수관(42)의 하단에 설치되는 제 2 배수탱크(11)와 제 2 히터(10);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 유입관(34)의 하단은 상기 제 2 배수관(42)과 상기 유출구(20)로 분지되는 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 배수탱크(11)에는 제 2 배수구(12)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 입경분리기(2)는 PM10, PM2.5 또는 PM1.0의 먼지를 분리할 수 있는 필터인 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(50)는,
    상기 제 1 디졸베이터(100)를 동작모드, 청소모드 및 준비모드 순서로 제어하고, 그리고,
    상기 제 2 디졸베이터(200)를 청소모드, 준비모드 및 동작모드 순서로 제어하는 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터.
  10. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 의한 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법으로서,
    시료가스가 유입관(30)으로 유입되면,
    제어부(50)가 상기 유입관(30)으로부터 분지되어 수직으로 설치된 제 1 디졸베이터(100)를 동작모드로 전환하고, 상기 유입관(30)으로부터 분지되어 수직으로 설치된 제 2 디졸베이터(200)를 청소모드로 전환하는 단계(S100);
    상기 제어부(50)가 상기 제 1 디졸베이터(100)를 동작모드로 유지하고, 상기 제 2 디졸베이터(200)를 준비모드로 전환하는 단계(S120);
    상기 제어부(50)가 상기 제 1 디졸베이터(100)를 청소모드로 전환하고, 상기 제 2 디졸베이터(200)를 동작모드로 전환하는 단계(S140); 및
    상기 제어부(50)가 상기 제 1 디졸베이터(100)를 준비모드로 전환하고, 상기 제 2 디졸베이터(200)를 동작모드로 유지하는 단계(S160);를 포함하고,
    상기 S100단계는,
    제 1 유입밸브(3)가 개방되고, 제 1 배수밸브(6)가 폐쇄되며, 제 1 펠티어(4)가 냉각상태이고, 제 1 히터(9)가 OFF 상태이며, 그리고,
    제 2 유입밸브(16)가 폐쇄되고, 제 2 배수밸브(13)가 개방되며, 제 2 펠티어(14)가 고온상태이고, 제 2 히터(10)가 OFF 상태인 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 시료가스가 상기 유입관(30)으로 유입되면, 입경분리기(2)에 의해 상기 시료가스의 미세먼지가 분리되는 단계(S50);가 먼저 추가로 실행되는 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법.
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 S120단계는,
    제 1 유입밸브(3)가 개방되고, 제 1 배수밸브(6)가 폐쇄되며, 제 1 펠티어(4)가 냉각상태이고, 제 1 히터(9)가 OFF 상태이며, 그리고,
    제 2 유입밸브(16)가 폐쇄되고, 제 2 배수밸브(13)가 개방되며, 제 2 펠티어(14)가 냉각상태이고, 제 2 히터(10)가 ON 상태인 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 S140단계는,
    제 1 유입밸브(3)가 폐쇄되고, 제 1 배수밸브(6)가 개방되며, 제 1 펠티어(4)가 고온상태이고, 제 1 히터(9)가 OFF 상태이며, 그리고,
    제 2 유입밸브(16)가 개방되고, 제 2 배수밸브(13)가 폐쇄되며, 제 2 펠티어(14)가 냉각상태이고, 제 2 히터(10)가 OFF 상태인 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 S160단계는,
    제 1 유입밸브(3)가 폐쇄되고, 제 1 배수밸브(6)가 개방되며, 제 1 펠티어(4)가 냉각상태이고, 제 1 히터(9)가 ON 상태이며, 그리고,
    제 2 유입밸브(16)가 개방되고, 제 2 배수밸브(13)가 폐쇄되며, 제 2 펠티어(14)가 냉각상태이고, 제 2 히터(10)가 OFF 상태인 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 펠티어(4)가 냉각상태일 때, -10℃ ~ -5℃ 범위인 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 펠티어(14)가 냉각상태일 때, -10℃ ~ -5℃ 범위인 것을 특징으로 하는 연속적인 미세먼지 분석을 위한 수직형 듀얼 디졸베이터의 동작방법.
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