KR102232950B1 - 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치 및 이를 포함하는 대기오염저감시스템 - Google Patents

차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치 및 이를 포함하는 대기오염저감시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동가능한 차량에 탑재되며,
대기유입구 및 대기배출부가 형성되고, 항온수단 및 항습수단이 장착된 항온항습챔버; 상기 항온항습챔버내 유입된 대기시료의 미세먼지농도, NOx농도, 온도 및 습도를 감지하는 복합센서부; 상기 복합센서부의 감지신호로부터 미세먼지농도, NOx농도를 산출하고, 온도 및 습도정보를 수신하여 분석한 후 상기 미세먼지농도 및 NOx농도를 보정하는 대기오염원농도산출부; 및 상기 대기오염원농도산출부에서 산출된 결과정보를 서버에 송신하는 정보송신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치를 제공한다.

Description

차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치 및 이를 포함하는 대기오염저감시스템{Vehicle equippable type air polluting source detecting apparatus on road side and reducing system of air pollution comprising the same}
본 발명은 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치 및 이를 포함하는 대기오염저감시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도로변의 미세먼지 내지 NOx의 농도를 차량을 이용하여 실시간으로 측정하고 이에 대한 정보를 서버에 전송하여 전국단위에서의 미세먼지 및 NOx 발생정보를 얻을 수 있으며, 미세먼지가 기준치 이상으로 발생한 것으로 판단된 곳에서는 서버를 통해 도로변에 설치된 입식 나노버블 분사기를 동작시켜 도로변에 미세기포를 분사하여 미세먼지를 저감함으로써 대기오염방지 및 국민건강향상에 기여하는 효과를 제공하는 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치 및 이를 포함하는 대기오염저감시스템에 관한 것이다.
환경부는 미세먼지 발생원 중에서 국외영향(중국)이 30%~50%이고, 나머지 국내배출의 경우 수도권 기준 경유차가 29%, 전국적으로는 공장 등 사업장이 41%로 차지하는 것으로 분석되고 있다.
특히, 서울시와 같은 도심지 미세먼지 농도는 도로변 미세먼지 농도가 도시 대기 측정 농도와 비교하면 4 ~ 11㎍/㎥ 높은 것으로 나타났으며, 이는 자동차 배출가스에 의한 영향과 도로 비산먼지에 의한 영향인 것으로 나타났다.
나아가 스쿨죤이나 버스승장장 등 도로변 시설들은 건강에 취약한 어린이 내지 노약자 들이 많이 이용하는 장소이면서 미세먼지와 NOx 등의 대기오염물질 들이 다량으로 공기 중으로 비산되어 국민의 건강위협과 함께 환경오염 등의 다양한 문제를 야기하고 있다.
현재 이러한 문제에 대처하기 위해 살수차를 동원하여 차량 하부에서 분무장치를 부착하여 바닥면에서 비산되는 미세먼지를 제거하는 방법이 사용되고 있으나, 물을 다량으로 사용하게 됨으로써 용수에 의한 도로비점오염등 2차 오염문제가 발생하고 있어 이에 대한 대책마련이 시급히 요구되고 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 도로변의 미세먼지 내지 NOx의 농도를 차량을 이용하여 실시간으로 측정하고 이에 대한 정보를 서버에 전송하여 전국단위에서의 미세먼지 및 NOx 발생정보를 얻을 수 있으며, 미세먼지가 기준치 이상으로 발생한 것으로 판단된 곳에서는 서버를 통해 도로변에 설치된 입식 나노버블 분사기를 동작시켜 도로변에 미세기포를 분사하여 미세먼지를 저감함으로써 대기오염방지 및 국민건강향상에 기여하는 효과를 제공하는 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치 및 이를 포함하는 대기오염저감시스템을 제공하는 것이 목적이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.
(1) 이동가능한 차량에 탑재되며,
대기유입구 및 대기배출부가 형성되고, 항온수단 및 항습수단이 장착된 항온항습챔버; 상기 항온항습챔버내 유입된 대기시료의 미세먼지농도, NOx농도, 온도 및 습도를 감지하는 복합센서부; 상기 복합센서부의 감지신호로부터 미세먼지농도, NOx농도를 산출하고, 온도 및 습도정보를 수신하여 분석한 후 상기 미세먼지농도 및 NOx농도를 보정하는 대기오염원농도산출부; 및 상기 대기오염원농도산출부에서 산출된 결과정보를 서버에 송신하는 정보송신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치.
(2) 이동가능한 차량에 탑재되며,
대기유입구 및 대기배출부가 형성되고, 항온수단 및 항습수단이 장착된 항온항습챔버; 상기 항온항습챔버내 유입된 대기시료의 미세먼지농도, NOx농도, 온도 및 습도를 감지하는 복합센서부; 상기 복합센서부의 감지신호로부터 미세먼지농도, NOx농도를 산출하고, 온도 및 습도정보를 수신하여 분석한 후 상기 미세먼지농도 및 NOx농도를 보정하는 대기오염원농도산출부; 및 상기 대기오염원농도산출부에서 산출된 결과정보를 서버에 송신하는 정보송신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치 및,
물과 공기를 혼합하여 나노버블을 생성하는 나노버블 발생장치; 상기 나노버블발생장치로부터 생성된 나노버블을 저장하는 나노버블 저장수조; 및 도로변에 설치되며 상기 나노버블 저장수조로부터 공급되는 나노버블을 주위로 분사하는 입식 나노버블 분사기를 포함하는 것으로, 도로변에 설치되며 상기 결과정보를 수신한 서버로부터 송신된 제어신호에 따라 미세기포를 생성하여 대기중으로 분사하는 도로 미세먼지저감장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.
(3) 상기 (2)에 있어서, 상기 나노버블발생장치는
톱니바퀴 형태의 임펠러로 이루어진 회전전단 믹서 교반기(100); 타공이 형성된 복수의 디스크 타입 충돌판이 일정한 간격으로 샤프트상에 배치된 다단 충돌판으로 이루어지고, 상기 다단 충돌판 중 적어도 2개 이상의 판은 방사상으로 형성된 슬릿 및 충돌면을 구비한 슬릿형 충돌판으로 이루어진 보텍스 다단충돌부(200); 및 유입홀이 형성된 유입부, 제1스핀홀이 형성된 제1선회류발생부와 제2스핀홀이 형성된 제2선회류발생부를 포함하는 선회류발생부, 및 상기 선회류발생부를 통과한 기포가 고속으로 분사될 수 있도록 직경이 감소되는 구간을 갖는 노즐단부가 일렬로 형성된 다단보텍스노즐(300)이 일련하여 연결된 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.
(4) 상기 (3)에 있어서,
상기 보텍스 다단충돌부는 디스크 가장자리에 타공이 원형으로 배치된 제1충돌판, 슬릿 및 충돌면이 교대로 방사상으로 형성된 슬릿형 제2충돌판, 미세타공이 디스크 면상에 다수 형성된 제3충돌판, 슬릿 및 충돌면이 교대로 방사상으로 형성된 슬릿형 제4충돌판, 미세타공이 디스크 면상에 다수 형성된 제5충돌판, 슬릿 및 충돌면이 교대로 방사상으로 형성된 슬릿형 제6충돌판, 및 미세타공이 디스크 면상에 다수 형성된 제7충돌판이 순차적으로 샤프트상에 수직방향으로 일렬로 배치된 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.
(5) 상기 (3)에 있어서,
상기 제1선회류발생부와 제2선회류발생부는 상호 적층된 혹은 일체로 구성된 다단형 원통구조이고, 상기 제1선회류발생부의 직경이 상기 제2선회류발생부의 직경보다 작으며, 상기 제1선회류 발생부의 제1스핀홀은 시계반향 혹은 반시계방향으로 내부를 향해 형성된 복수개의 요홈부를 갖고, 상기 제2선회류 발생부의 제2스핀홀도 시계반향 혹은 반시계방향으로 내부를 향해 형성된 복수개의 요홈부를 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.
(6) 상기 (3)에 있어서,
상기 보텍스 다단충돌부는 2개 이상이 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.
(7) 상기 (3)에 있어서,
복수개의 상기 보텍스 다단충돌부는 지그재그 타입으로 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 도로변의 미세먼지 내지 NOx의 농도를 차량을 이용하여 실시간으로 측정하고 이에 대한 정보를 서버에 전송하여 전국단위에서의 미세먼지 및 NOx 발생정보를 얻을 수 있으며, 미세먼지가 기준치 이상으로 발생한 것으로 판단된 곳에서는 서버를 통해 도로변에 설치된 입식 나노버블 분사기를 동작시켜 도로변에 미세기포를 분사하여 미세먼지를 저감함으로써 대기오염방지 및 국민건강향상에 기여하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치를 차량에 탑재한 상태의 실시예이다.
도 3은 본 발명에 따른 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템의 전체 구성도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 입식 나노버블 분사기의 실시예를 보여주는 시제품의 사진 및 구성도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 입식 나노버블 분사기의 설치예를 보여주는 설명도이다.
도 5는 본 발명에 따른 나노버블 발생장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 나노버블 발생장치의 회전전단 믹서 교반기의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 나노버블 발생장치의 회전전단 믹서 교반기의 구성도이다.
도 8a, 8b는 본 발명의 제1실시예에 따른 나노버블 발생장치의 보텍스 다단충돌부의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 보텍스 다단충돌부 3개가 지그재그 구조로 직렬연결된 형태의 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 나노버블 발생장치의 보텍스 다단충돌부의 구성도이다.
도 11a,b는 본 발명의 제1실시예에 따른 나노버블 발생장치의 다단보텍스노즐의 구성도 및 시제품 사진이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 나노버블 발생장치의 다단보텍스노즐의 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치(1000)는 도 1에 도시한 바와 같이, 이동가능한 차량(3000), 예를 들어, 버스, 승용차 등에 탑재되며, 도로변 예를 들어 버스 승강장 혹은 스쿨죤 등에서 발생하는 미세먼지 내지 NOx(질소산화물)의 농도를 실시간 측정할 수 있도록 한다.
이를 위한 본 발명의 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치(1000)는 도 2에 도시한 바와 같이, 대기유입구 및 대기배출부가 형성된 항온항습챔버(1100), 복합센서부(1200), 대기오염원농도산출부(1300), 및 정보송신부(1400);를 포함한다.
항온항습챔버(1100)는 전단에 대기유입구(1110)가 형성되어 측정하고자 하는 도로변의 대기를 유입시키고, 측정이 완료된 대기는 후단에 형성된 대기배출부(1120)를 통해 배출한다. 상기 항온항습챔버(1100)는 공지의 항온수단(미도시) 및 항습수단(미도시)이 장착된 것으로, 측정의 신뢰도를 높이기 위해 항온 및 항습이 유지될 수 있도록 한다.
복합센서부(1200)는 상기 항온항습챔버(1100) 내에 설치되며, 대기유입구(1110)를 통해 유입된 대기를 시료로 하여 미세먼지와 NOx를 감지한다. 이를 위해 미세먼지센서와 NOx감지센서가 요구되어진다. 또, 상기 복합센서부(1200)는 챔버내 온도 및 습도를 감지하기 위해 온습도계를 장착한다. 이는 유입된 대기에 의해 측정당시의 온도 및 습도에 변화가 생기며, 온도 및 습도의 변화는 전기신호의 변화를 야기시키므로 이는 측정의 신뢰성을 저하시키는 요인이 되기에 이에 대한 보정이 필요하게 된다.
대기오염원농도산출부(1300)는 상기 복합센서부(1200)의 감지신호로부터 미세먼지농도, NOx농도를 산출하고, 온도 및 습도정보를 수신하여 분석한 후 상기 미세먼지농도 및 NOx농도를 보정한다. 이때, 온도 및 습도변호에 따른 미세먼지농도 및 NOx농도 변화는 사전에 실험을 통해 테이블화가 가능하고, 테이블에 기입된 변화값을 보정해주는 방법을 통해 간단하게 수행할 수 있다.
정보송신부(1400)는 상기 대기오염원농도산출부에서 산출된 결과정보를 서버(미도시)에 송신한다. 서버는 각 차량의 정보송신부(1400)로부터 이러한 결과정보를 취합하고, 대기오염물질(미세먼지, NOx)의 농도를 실시간으로 분석하여 기준치를 초과하는 경우 후술하는 나노버블 발생장치(도 3의 부호 2000)를 구동하도록 제어함과 동시에 도로변에 입식 설치된 나노버블 분사기(2200)를 통해 나노버블을 공기중으로 분사한다. 나노버블은 200nm 수준의 버블로써, 공기중에 분산된 미세먼지와 NOx와 같은 대기오염 전구체 물질의 포집능이 강하여 신속하게 이들을 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 나노버블 발생장치(1000)는 도 3에 도시한 바와 같이, 도로변과 가까운 위치에 고정설치되며, 원수조(2100)로부터 물을 펌프(2200)를 이용하여 나노버블 발생장치(2000)에 공급한다. 이때, 바람직하게는 펌프(2200) 후단에 여과기(2300)를 설치하여 원수로부터 이물질을 제거한다.
나노버블 발생장치(2000)는 여과수와 공기를 유입받아 이로부터 200nm급의 나노버블을 생성한다. 나노버블은 나노버블 저장수조(2400)에 일시 저장되고 입식 나노버블 분사기(2500)로 궁급되어 대기중으로 분사된다.
본 발명에 따른 나노버블 분사기(2500)의 구성예로서, 도 4a에 시제품의 사진과 함께 측면도와 평면도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 나노버블 분사기(2500)는 표면에 장식면(2511)을 갖는 몸체부(2510), 상기 몸체부의 상면에 부착되는 분사부(2520), 상기 분사부에 장착되는 분사노즐(2530)을 포함한다.
본 발명에 따른 나노버블 분사기(2500)는 도 4b에 도시한 바와 같이 스쿨죤(위)이나 버스승강장(아래)의 인근에 입식으로 설치되며 마치 분수와 같이 나노버블을 주변으로 분사하도록 구성된다.
이하 본 발명에 따른 나노버블 발생장치(2000)에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 나노버블 발생장치(2000)는 도 5에 도시한 바와 같이, 회전전단 믹서 교반기(100), 보텍스 다단충돌부(200), 및 다단보텍스노즐(300)을 포함한다. 이때 상기 회전전단 믹서교반기(100)의 후단에는 압축된 유체를 저장하기 위한 압축탱크(T)를 별도로 둘 수 있다. 상기 나노버블 발생장치(2000)는 제어부를 포함하여 서버로부터 신호를 받아 구동되어질 수 있다. 상기 제어부(400)는 일정한 시간에 동작이 자동으로 온오프 되도록 제어하는 것도 가능하며, 필요에 따라 서버로부터 구동명령신호를 받으면 그때 마다 나노버블 발생장치(2000)의 동작을 제어하는 것도 가능하다.
상기 회전전단 믹서 교반기(100), 보텍스 다단충돌부(200), 및 다단보텍스노즐(300)은 일련하여 직렬로 연결되어진다. 따라서, 공기와 여과수가 1차적으로 회전전단 믹서 교반기(100)로 진입되면서 20~50㎛의 1차버블이 형성되고, 상기 1차버블은 다시 2차적으로 보텍스 다단충돌부(200)에 유입되어 1~20㎛ 사이즈의 2차 미세버블이 되며, 상기 2차 미세버블은 다시 3차적으로 다단보텍스노즐(300)에 유입되어 최종적으로 200nm 사이즈의 나노버블로 된다.
이하, 본 발명의 내용을 도 6 내지 도 11을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 상기 회전전단 믹서 교반기(100), 보텍스 다단충돌판(200), 및 회전충돌 붕괴노즐(300)을 제외한 일반적으로 채택되어질 수 있는 엔진, 동력전달장치, 압축탱크, 펌프, 밸브, 냉각기 내지 각종 연결구 등에 대하여는 당업계의 공지의 구성요소로써, 이하 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 중요 구성부분인 회전전단 믹서 교반기(100), 보텍스 다단충돌부(200), 및 다단보텍스노즐(300)로 이루어진 나노버블 발생장치(2000)에 한하여 상세하게 설명한다.
도 6은 1차 회전전단 믹서 교반기(100)를 구성하는 임펠라의 구성도로써, 20~50㎛의 1차 버블을 형성한다.
이를 위해 본 발명에 따른 회전전단 믹서 교반기(100)는 기체(예로 공기)와 물을 1차적으로 혼합하고 압축하여 보텍스 다단충돌부(200)로 보낸다. 압축을 위해 모터에 의해 회전되는 임펠러(110)가 이용되며, 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같은 톱니바퀴 형태가 이용된다.
다른 실시예로, 본 발명에서 상기 회전전단 믹서 교반기(100)는 도 7에 도시한 바와 같이 모터에 의해 회전되는 회전자(10)와 이와 대향하여 결합하는 고정자(20)를 포함한다.
상기 회전자(10)는 원판형으로 상면에 돌출형성되는 제1회전자(2)와 제2회전자(4)를 포함한다. 상기 제1회전자(2)는 원판의 상면에 원형으로 돌출형성되며, 일정간격으로 기포가 관통하는 슬릿(1)이 형성되어있다.
또한, 상기 제2회전자(4)는 제1회전자와 마찬가지로 원판위에 원형으로 돌출형성되지만, 상기 제1회전자(2)를 외곽에서 포위하도록 구성하되, 마찬가지로 일정간격으로 기포가 관통하는 슬릿(3)이 형성되어 있다.
상기 고정자(20)는 회전자와는 대향하도록 배치되며, 원형으로 배치되는 제1고정자(6)와 제2고정자(8)가 원판위에 돌출형성되어 있다. 상기 제1고정자(6)와 제2고정자(8) 역시 일정간격으로 각각 슬릿(5,7)이 형성되어 기포가 통과할 수 있도록 한다.
상기 제1고정자(6)는 회전자를 이루는 1차회전자(2)와 2차회전자(4) 사이에 배치되도록 대향하고, 제2고정자(8)는 상기 2차회전자(4)의 외곽에 배치되어 기포의 관통로를 제공한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 회전전단 믹서 교반기(100)는 중심으로 유입된 물과 유입구로 들어오는 기체가 혼합되어 상기 회전하는 제1회전자의 슬릿(1)을 관통하면서 기포가 파괴되고, 제1고정자(6)의 슬릿(5)을 통해 배출이 된다.
슬릿(5)을 통과한 기포를 함유한 물은 회전하는 제2회전자의 슬릿(3)에 진입하면서 다시 기포는 더욱 파괴되어 보다 미세한 기포가 된다. 이러한 과정을 통해 20~50㎛의 미세버블이 되어 제2고정자(8)의 슬릿(7)을 통해 배출되어진다.
도 8a, 8b는 본 발명의 보텍스 다단충돌부(200)의 구성도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 보텍스 다단충돌부는 도 8a에 도시한 바와 같이 타공이 형성된 복수의 디스크 타입 충돌판이 일정한 간격으로 샤프트상에 배치된 다단 충돌판으로 이루어진다. 바람직하게는 상기 다단 충돌판 중 적어도 2개 이상의 판은 방사상으로 형성된 슬릿(S) 및 충돌면(P)을 구비한 슬릿형 충돌판으로 이루어진다(세번째 형태).
본 발명의 바람직한 실시예로써, 상기 보텍스 다단충돌부(200)는 케이스(210)내에 도 8b에 도시한 바와 같이 디스크 가장자리에 타공이 원형으로 배치된 제1충돌판(201), 슬릿 및 충돌면이 교대로 방사상으로 형성된 슬릿형 제2충돌판(202), 미세타공이 디스크 면상에 다수 형성된 제3충돌판(203), 슬릿 및 충돌면이 교대로 방사상으로 형성된 슬릿형 제4충돌판(204), 미세타공이 디스크 면상에 다수 형성된 제5충돌판(205), 슬릿 및 충돌면이 교대로 방사상으로 형성된 슬릿형 제6충돌판(206), 및 미세타공이 디스크 면상에 다수 형성된 제7충돌판(207)이 순차적으로 샤프트상에 수직방향으로 일렬로 배치된다.
상기 본 발명의 슬릿형 충돌판(202, 204, 206)을 미세타공 형태의 다른 충돌판(203, 205)과 교대로 배치한 것은, 미세타공 형태의 충돌판은 버블형성에는 유리하지만, 유속흐름을 저하시켜 나선형 흐름을 유도하기 곤란한 문제를 해결하기 위한 것이다. 따라서, 도 8b에 도시한 바와 같은 구성의 보텍스 다단충돌부(200)는 버블형성이 잘 이루어지는 것은 물론, 유속증가 및 나선형 흐름을 유도할 수 있는 점에서 바람직하다.
본 발명에서 상기 보텍스 다단충돌부(200)는 도 9에 도시한 바와 같이 2개 이상, 바람직하게는 3개(200a,200b,200c)가 직렬로 연결되며, 지그재그 타입으로 연결함으로써 보텍스 효율을 개선하는 것은 물론 차량탑재에 적합하도록 설치공간도 축소할 수 있다.
다른 실시예로, 본 발명의 제2실시예에 따른 보텍스 다단충돌부(200)는 도 10에 도시한 바와 같이 하우징내에 원반형상의 1차충돌판(210)과 2차충돌판(220)이 나란하게 마주보도록 배치된다.
상기 1차충돌판(210)은 일정한 간격으로 형성된 슬릿(211) 및 충돌면(212)이 형성되어 있다. 상기 슬릿(211)을 통해 전단의 회전전단 믹서 교반기(100)로부터 공급되는 미세버블이 일부는 충돌면(212)에 충돌하고, 일부는 슬릿(211)을 통해 통과되어지며, 슬릿(211)을 통과한 미세버블은 다시 후단의 2차충돌판(220)에 유입된다.
상기 2차충돌판(220) 역시 일정한 간격으로 형성된 슬릿(221) 및 충돌면(222)이 형성되어 있다. 다만, 상기 2차충돌판(220)은 1차충돌판(210)과 슬릿과 충돌면이 순서가 어긋나도록 배치되어 있는 것이 특징이다. 따라서, 1차충돌판(210)의 슬릿(211)을 통과한 미세버블은 2차충돌판(220)의 충돌면(222)에 부딪혀 보다 미세한 사이즈로 분쇄되어지고, 분쇄된 미세버블은 슬릿(221)을 통해 배출되어 1~20㎛ 사이즈의 2차 미세버블이 된다.
도 11은 본 발명에 따른 다단 보텍스 노즐(300)의 구성도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 다단 보텍스 노즐(300)은 케이스(309)내부에 유입홀(301)이 형성된 유입부(302), 제1스핀홀(303)이 형성된 제1선회류발생부(304)와 제2스핀홀(305)이 형성된 제2선회류발생부(306)를 포함하는 선회류발생부(307), 및 상기 선회류발생부(307)를 통과한 기포가 고속으로 분사될 수 있도록 직경이 감소되는 구간을 갖는 토출부(308)가 일렬로 형성된다.
도 11을 참조하여 설명하면, 상기 제1선회류발생부(304)와 제2선회류발생부(306)는 상호 적층된 혹은 일체로 구성된 다단형 원통구조이고, 상기 제1선회류발생부의 직경이 상기 제2선회류발생부의 직경보다 작으며, 상기 제1선회류 발생부의 제1스핀홀(303)은 시계반향 혹은 반시계방향으로 내부를 향해 형성된 복수개, 바람직하게는 3개의 요홈부로 이루어지고, 상기 제2선회류 발생부의 제2스핀홀(305)도 시계반향 혹은 반시계방향으로 내부를 향해 형성된 복수개의 요홈부로 이루어진다.
상기와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 보텍스 노즐(300)은 2단 선회류 발생이 가능한 구조로 3개의 유입홀(301)을 거쳐 유입된 유체가 중간부의 2단의 선회류 발생용 스핀홀(303, 305)을 거쳐 나선형 흐름으로 변환되어 토출부(308)를 거쳐 토출된다.
다른 실시예로, 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 보텍스 노즐(300)은 도 12에 도시한 바와 같이 조인트(310)로 연결되는 복수의 파이프(320)로 이루어진 다단파이프 구조를 특징으로 한다.
상기 제2실시예에 따른 다단 보텍스 노즐(300)은 각 파이프 마다 내부에 유체의 흐름을 방해하도록 돌기(321)가 상호 어긋나도록 형성되어 유체가 회전하면서 충돌을 일으켜 기포가 붕괴되도록 구성된 것이다.
예를 들어, 제1파이프는 내부의 단면이 도 12의 (a)와 같이 상면과 하면에 돌기가 길이방향으로 형성되어 있고, 조인트로 연결되는 제2파이프는 (b)와 같이 파이프의 중공부를 격벽으로 반으로 구분하면서 중심에는 단면이 원형인 원기둥이 길이방향으로 뻗은 구성일 수 있으며, 제3파이프는 (c)와 같이 파이프의 내면에 5개의 돌기가 길이방향으로 일정간격을 두고 뻗도록 형성된 구조이며, 제4파이프는 (d)와 같이 파이프의 내면에 4개의 돌기가 길이방향으로 일정간격을 두고 뻗도록 형성된 구조일 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하면, 1~20㎛ 사이즈의 2차 미세버블이 제1파이프에 진입하면서 순차적으로 제4파이프까지 관통할 때까지 내부 혹은 내면에 형성된 돌기구조에 의해 미세버블이 더욱 분쇄되어 최종적으로 200nm 사이즈의 나노버블을 얻을 수 있다.
상기와 같이 얻어진 나노버블은 그 자체를 다단 보텍스 노즐(300)로 분사할 수 있으며, 별도의 수조에 일시 저장하고, 분사기(미도시)를 연결하여 필요한 곳에 분사할 수도 있다.
상기와 같이, 본 발명에 의하면 차량에 탑재된 대기오염원감지장치(1000)로부터 수신된 신호로부터 특정 도로변에서 미세먼지 내지 NOx의 농도가 기준치 이상인 것으로 서버가 판단하면, 서버는 해당 도로변의 주변에 설치된 나노버블 발생장치(1000)를 나노버블을 분사하도록 함으로써 신속하게 대기오염을 방지할 수 있는 효과적인 수단을 제공한다.
100: 회전전단 믹서 교반기
200: 보텍스 다단충돌부
300: 다단 보텍스 노즐
1000: 대기오염원감지장치
2000: 나노버블 발생장치
2000: 차량
3000: 제어부

Claims (7)

  1. 이동가능한 차량에 탑재되며,
    대기유입구 및 대기배출부가 형성되고, 항온수단 및 항습수단이 장착된 항온항습챔버; 상기 항온항습챔버내 유입된 대기시료의 미세먼지농도, NOx농도, 온도 및 습도를 감지하는 복합센서부; 상기 복합센서부의 감지신호로부터 미세먼지농도, NOx농도를 산출하고, 온도 및 습도정보를 수신하여 분석한 후 상기 미세먼지농도 및 NOx농도를 보정하는 대기오염원농도산출부; 및 상기 대기오염원농도산출부에서 산출된 결과정보를 서버에 송신하는 정보송신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치.
  2. 이동가능한 차량에 탑재되며,
    대기유입구 및 대기배출부가 형성되고, 항온수단 및 항습수단이 장착된 항온항습챔버; 상기 항온항습챔버내 유입된 대기시료의 미세먼지농도, NOx농도, 온도 및 습도를 감지하는 복합센서부; 상기 복합센서부의 감지신호로부터 미세먼지농도, NOx농도를 산출하고, 온도 및 습도정보를 수신하여 분석한 후 상기 미세먼지농도 및 NOx농도를 보정하는 대기오염원농도산출부; 및 상기 대기오염원농도산출부에서 산출된 결과정보를 서버에 송신하는 정보송신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량탑재형 도로변 대기오염원감지장치 및,
    물과 공기를 혼합하여 나노버블을 생성하는 나노버블 발생장치(2000); 상기 나노버블발생장치로부터 생성된 나노버블을 저장하는 나노버블 저장수조(2100); 및 도로변에 설치되며 상기 나노버블 저장수조로부터 공급되는 나노버블을 주위로 분사하는 입식 나노버블 분사기(2200)를 포함하는 것으로, 도로변에 설치되며 상기 결과정보를 수신한 서버로부터 송신된 제어신호에 따라 미세기포를 생성하여 대기중으로 분사하는 도로 미세먼지저감장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 나노버블발생장치는
    톱니바퀴 형태의 임펠러로 이루어진 회전전단 믹서 교반기(100); 타공이 형성된 복수의 디스크 타입 충돌판이 일정한 간격으로 샤프트상에 배치된 다단 충돌판으로 이루어지고, 상기 다단 충돌판 중 적어도 2개 이상의 판은 방사상으로 형성된 슬릿 및 충돌면을 구비한 슬릿형 충돌판으로 이루어진 보텍스 다단충돌부(200); 및 유입홀이 형성된 유입부, 제1스핀홀이 형성된 제1선회류발생부와 제2스핀홀이 형성된 제2선회류발생부를 포함하는 선회류발생부, 및 상기 선회류발생부를 통과한 기포가 고속으로 분사될 수 있도록 직경이 감소되는 구간을 갖는 노즐단부가 일렬로 형성된 다단보텍스노즐(300)이 일련하여 연결된 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 보텍스 다단충돌부는 디스크 가장자리에 타공이 원형으로 배치된 제1충돌판, 슬릿 및 충돌면이 교대로 방사상으로 형성된 슬릿형 제2충돌판, 미세타공이 디스크 면상에 다수 형성된 제3충돌판, 슬릿 및 충돌면이 교대로 방사상으로 형성된 슬릿형 제4충돌판, 미세타공이 디스크 면상에 다수 형성된 제5충돌판, 슬릿 및 충돌면이 교대로 방사상으로 형성된 슬릿형 제6충돌판, 및 미세타공이 디스크 면상에 다수 형성된 제7충돌판이 순차적으로 샤프트상에 수직방향으로 일렬로 배치된 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제1선회류발생부와 제2선회류발생부는 상호 적층된 혹은 일체로 구성된 다단형 원통구조이고, 상기 제1선회류발생부의 직경이 상기 제2선회류발생부의 직경보다 작으며, 상기 제1선회류 발생부의 제1스핀홀은 시계반향 혹은 반시계방향으로 내부를 향해 형성된 복수개의 요홈부를 갖고, 상기 제2선회류 발생부의 제2스핀홀도 시계반향 혹은 반시계방향으로 내부를 향해 형성된 복수개의 요홈부를 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 보텍스 다단충돌부는 2개 이상이 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.
  7. 제 3항에 있어서,
    복수개의 상기 보텍스 다단충돌부는 지그재그 타입으로 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 도로변 대기오염원감지 및 저감시스템.

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