KR102265048B1 - 입자 희석 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입자 희석 장치에 관한 것으로, 에어로졸 입자가 유입 및 배출되는 입자 유입관과 입자 배출관에서의 차압을 측정하고, 측정값의 변화에 따라 공기 배출 유량을 조절함으로써, 희석 챔버로 유입되는 에어로졸 입자의 유량이 변화하더라도 희석 챔버 내에서 에어로졸 입자의 희석 농도를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이러한 안정적인 희석 농도 상태로 별도의 입자 측정기에 에어로졸 입자를 배출할 수 있어 입자 측정기에 의한 입자 측정 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 희석 챔버에 공급되는 클린 에어를 이용하여 별도의 냉각 챔버를 형성함으로써, 별도의 냉각 장치 없이도 고온의 에어로졸 입자를 냉각시킬 수 있고, 클린 에어와의 단순 혼합에 의한 냉각 이외에도 냉각 챔버를 통한 추가적인 냉각 기능을 수행할 수 있어 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며 구조를 단순화할 수 있는 입자 희석 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 입자 희석 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 에어로졸 입자가 유입 및 배출되는 입자 유입관과 입자 배출관에서의 차압을 측정하고, 측정값의 변화에 따라 공기 배출 유량을 조절함으로써, 희석 챔버로 유입되는 에어로졸 입자의 유량이 변화하더라도 희석 챔버 내에서 에어로졸 입자의 희석 농도를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이러한 안정적인 희석 농도 상태로 별도의 입자 측정기에 에어로졸 입자를 배출할 수 있어 입자 측정기에 의한 입자 측정 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 희석 챔버에 공급되는 클린 에어를 이용하여 별도의 냉각 챔버를 형성함으로써, 별도의 냉각 장치 없이도 고온의 에어로졸 입자를 냉각시킬 수 있고, 클린 에어와의 단순 혼합에 의한 냉각 이외에도 냉각 챔버를 통한 추가적인 냉각 기능을 수행할 수 있어 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며 구조를 단순화할 수 있는 입자 희석 장치에 관한 것이다.
미세 입자(particle)는 작은 크기의 물질로서, 분자들보다는 다소 큰 크기를 갖고 고체, 액체, 기체, 플라즈마와 함께 물질의 5상 중의 하나를 이룬다. 통상적으로 미세 입자는 에어로졸을 구성하는 기체 매체에 고체 또는 액체의 부유 물질로 구현된다.
이러한 미세 입자는 소각로 배출 물질, 차량 배기 가스, 황사, 스모그 등의 대기 오염과 밀접한 관련을 가지며, 이는 인간의 건강과 직결되는 문제로서, 최근에는 이러한 미세 입자에 의한 대기오염과 관련한 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히, 최근에는 대기 오염의 주된 원인으로 미세 입자에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이에 따라 자동차 배기가스, 공장의 굴뚝 등 배출 가스에 함유된 미세 입자의 농도가 어느 정도인지 파악하고 관리하기 위한 노력이 계속되고 있다.
일반적으로 공기 중의 미세 입자 농도를 측정하기 위한 입자 계측 장비가 널리 사용되고 있는데, 이러한 입자 계측 장비는 고온 고농도의 에어로졸 입자에 대해서는 그 측정이 어렵다. 따라서, 고온 고농도의 대기 오염 물질을 입자 계측 장비로 측정하기 위해 에어로졸 입자의 온도 및 농도를 입자 계측 장비가 계측 가능한 수준으로 희석해주는 입자 희석 장치가 사용되고 있다.
종래의 입자 희석 장치는 단순히 고농도 상태를 저농도 상태로 희석해주는 기능만 수행하는 정도의 장치만 주로 개발되어 있으며, 고온 상태의 에어로졸 입자를 저온 상태로 변화시켜 주는 입자 희석 장치의 개발은 매우 미미한 상태이다.
특히, 종래의 입자 희석 장치는 그 구조가 복잡하고 제작이 어려울 뿐만 아니라 공급되는 에어로졸 입자의 농도가 변화하는 경우 그 희석 비율이 일정하게 유지되지 않아 정확한 입자 계측이 어렵다는 등의 문제가 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 에어로졸 입자가 유입 및 배출되는 입자 유입관과 입자 배출관에서의 차압을 측정하고, 측정값의 변화에 따라 공기 배출 유량을 조절함으로써, 희석 챔버로 유입되는 에어로졸 입자의 유량이 변화하더라도 희석 챔버 내에서 에어로졸 입자의 희석 농도를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이러한 안정적인 희석 농도 상태로 별도의 입자 측정기에 에어로졸 입자를 배출할 수 있어 입자 측정기에 의한 입자 측정 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 입자 희석 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 희석 챔버에 공급되는 클린 에어를 이용하여 별도의 냉각 챔버를 형성함으로써, 별도의 냉각 장치 없이도 고온의 에어로졸 입자를 냉각시킬 수 있고, 클린 에어와의 단순 혼합에 의한 냉각 이외에도 냉각 챔버를 통한 추가적인 냉각 기능을 수행할 수 있어 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며 구조를 단순화할 수 있는 입자 희석 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 에어로졸 입자를 희석하여 별도의 입자 측정기로 배출 공급하는 입자 희석 장치에 있어서, 에어로졸 입자가 유입되는 입자 유입관; 상기 입자 유입관을 통해 에어로졸 입자가 유입되도록 내부 공간에 상기 입자 유입관과 연통되게 희석 챔버가 형성되는 하우징; 상기 희석 챔버에 연통 결합되어 상기 희석 챔버에 클린 에어를 공급하도록 작동하는 클린 에어 공급부; 상기 희석 챔버에 연통 결합되어 상기 희석 챔버로부터 공기를 배출하도록 작동하는 공기 배출부; 상기 희석 챔버에서 희석된 에어로졸 입자를 배출하여 상기 입자 측정기로 공급할 수 있도록 상기 희석 챔버에 연통되게 결합되는 입자 배출관; 상기 입자 유입관과 상기 입자 배출관 사이의 차압을 측정하는 차압 센서; 및 상기 차압 센서의 측정값을 인가받아 상기 희석 챔버로부터 배출되는 공기 유량을 조절하도록 상기 공기 배출부를 동작 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 희석 장치를 제공한다.
이때, 상기 제어부는, 상기 차압 센서의 측정값이 기준값보다 증가하면, 상기 희석 챔버로부터 배출되는 공기 유량이 감소하도록 상기 공기 배출부를 동작 제어하고, 상기 차압 센서의 측정값이 기준값보다 감소하면, 상기 희석 챔버로부터 배출되는 공기 유량이 증가하도록 상기 공기 배출부를 동작 제어할 수 있다.
또한, 상기 하우징 내부 공간에는 상기 희석 챔버의 상류 측에 내부 공간을 냉각시킬 수 있는 냉각 챔버가 상기 희석 챔버와 연통되게 형성되고, 상기 입자 유입관은 일단이 상기 하우징의 상류단을 관통하여 상기 냉각 챔버 내부에 위치하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징에는 상기 냉각 챔버의 외부 공간을 감싸도록 냉각 유로가 형성되고, 상기 냉각 유로에는 상기 냉각 챔버의 내부 공간을 냉각시킬 수 있도록 냉각 매체가 유동할 수 있다.
또한, 상기 냉각 유로와 상기 냉각 챔버는 상기 냉각 챔버의 상류단에서 상호 연통되게 형성되며, 상기 냉각 매체는 상기 클린 에어 공급부로부터 공급되는 클린 에어로 적용되고, 상기 클린 에어가 상기 냉각 유로를 따라 유동한 후 상기 냉각 챔버의 상류단을 통해 상기 냉각 챔버로 유입될 수 있다.
또한, 상기 냉각 유로에는 상기 클린 에어 공급부로부터 클린 에어가 공급되도록 복수개의 클린 에어 공급 포트가 등간격으로 이격되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징 내부 공간에는 상기 희석 챔버의 하류 측에 공기를 배출시킬 수 있는 배출 챔버가 상기 희석 챔버와 연통되게 형성되고, 상기 배출 챔버의 일측에는 상기 공기 배출부에 의해 공기가 배출되도록 공기 배출 포트가 형성될 수 있다.
또한, 상기 입자 배출관은 일단이 상기 배출 챔버를 관통하여 상기 희석 챔버의 내부에 위치하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 에어로졸 입자가 유입 및 배출되는 입자 유입관과 입자 배출관에서의 차압을 측정하고, 측정값의 변화에 따라 공기 배출 유량을 조절함으로써, 희석 챔버로 유입되는 에어로졸 입자의 유량이 변화하더라도 희석 챔버 내에서 에어로졸 입자의 희석 농도를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이러한 안정적인 희석 농도 상태로 별도의 입자 측정기에 에어로졸 입자를 배출할 수 있어 입자 측정기에 의한 입자 측정 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 희석 챔버에 공급되는 클린 에어를 이용하여 별도의 냉각 챔버를 형성함으로써, 별도의 냉각 장치 없이도 고온의 에어로졸 입자를 냉각시킬 수 있고, 클린 에어와의 단순 혼합에 의한 냉각 이외에도 냉각 챔버를 통한 추가적인 냉각 기능을 수행할 수 있어 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며 구조를 단순화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치의 하우징과 관련한 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치의 하우징과 관련한 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치의 작동 구조를 설명하기 위한 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 희석 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치의 하우징과 관련한 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치는, 공장의 굴뚝이나 자동차와 같은 오염원에서 배출되는 고온 고농도 에어로졸 입자를 입자 측정이 가능한 상태로 냉각 및 희석하여 별도의 입자 측정기(20)로 배출 공급하는 장치로서, 입자 유입관(100), 하우징(200), 클린 에어 공급부(300), 공기 배출부(400), 입자 배출관(500), 차압 센서(600) 및 제어부(700)를 포함하여 구성된다.
입자 유입관(100)은 에어로졸 입자가 유입되는 구성으로, 공장의 굴뚝 등으로부터 배출되는 고온 고농도의 에어로졸 입자가 직접 유입될 수 있도록 구성된다.
하우징(200)은 내부 공간에 희석 챔버(201)가 형성되며 입자 유입관(100)과 연통 결합된다. 입자 유입관(100)을 통해 유입되는 에어로졸 입자는 하우징(200)의 내부 공간으로 유입되어 희석 챔버(201)에서 희석된다.
클린 에어 공급부(300)는 희석 챔버(201)와 연통되도록 하우징(200)에 결합되며, 희석 챔버(201)에 클린 에어를 공급하도록 작동한다. 이러한 클린 에어 공급부(300)는 클린 에어를 공급하는 컴프레셔(310)와, 클린 에어의 공급 압력을 균일하게 하는 레귤레이터(320)와, 클린 에어의 공급 유량을 일정하게 유지하는 질량 유량계(MFC, 330)와, 클린 에어를 필터링하는 여과 필터(340)를 포함하여 구성될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 컴프레셔(310), 레귤레이터(320), 질량 유량계(330) 및 여과 필터(340)가 하나의 공급 라인(350)을 통해 순차적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 즉, 컴프레셔(310)에 의해 발생된 클린 에어는 레귤레이터(320), 질량 유량계(330) 및 여과 필터(340)를 통과하며 공급 라인(350)을 통해 하우징(200) 내부 공간으로 일정한 공급 유량을 갖도록 공급될 수 있다. 이러한 클린 에어의 공급에 의해 희석 챔버(201)에서 에어로졸 입자가 희석된다.
공기 배출부(400)는 희석 챔버(201)와 연통되도록 하우징(200)에 결합되며, 희석 챔버(201)로부터 공기를 배출하도록 작동한다. 이러한 공기 배출부(400)는 공기를 배출시키는 블로워(410)와, 블로워(410)와 하우징(200)을 연결하는 배출 라인(420)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 배출 라인(420)은 중간 구간에서 복수개로 분기되는 분기 라인(421)이 형성될 수 있으며, 각각의 분기 라인(421)에는 분기 라인(421)의 유로를 개폐할 수 있는 개폐 밸브(430)가 장착될 수 있다.
하우징(200)의 일측에는 클린 에어 공급부(300)로부터 클린 에어가 공급되도록 클린 에어 공급 포트(210)가 형성되고, 타측에는 공기 배출부(400)를 통해 공기가 배출되도록 공기 배출 포트(220)가 형성된다.
또한, 클린 에어 공급부(300) 및 공기 배출부(400)는 제어부(700)에 의해 동작 제어될 수 있는데, 클린 에어 공급부(300)는 클린 에어의 공급 유량이 일정하게 유지되도록 동작 제어되고, 공기 배출부(400)는 후술하는 차압 센서(600)의 측정값에 따라 공기 배출 유량이 조절되도록 동작 제어된다. 공기 배출부(400)의 공기 배출 유량 조절 방식은 복수개의 분기 라인(421)에 각각 장착된 개폐 밸브(430)의 개폐 작동 상태를 조절하는 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 3개의 분기 라인(421) 및 3개의 개폐 밸브(430)가 구비된 경우, 3개의 개폐 밸브(430)를 모두 개방하여 공기 배출 유량을 증가시키고, 1개의 개폐 밸브(420)만 개방하여 공기 배출 유량을 감소시킬 수 있다. 이 경우, 블로워(410)의 작동 상태를 조절하여 공기 배출 유량을 조절하는 방식에 비해 더욱 정확하고 정량적인 조절이 가능하다.
이러한 분기 라인(421) 및 개폐 밸브(430)에 의한 공기 배출 유량 조절 방식은 예시적인 것이며, 공기 배출 유량을 조절하기 위한 방식 및 공기 배출부(400)의 구성은 이외에도 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
입자 배출관(500)은 희석 챔버(201)에서 희석된 에어로졸 입자를 배출하여 별도의 입자 측정기(20)로 공급하기 위한 것으로 희석 챔버(201)에 연통되게 하우징(200)에 결합된다. 입자 유입관(100)은 하우징(200)의 상류단 측에 관통 결합되고, 입자 배출관(500)은 하우징(200)의 하류단 측에 관통 결합된다.
이러한 구성에 따라 공장 굴뚝의 배출 가스, 자동차 배기 가스 등으로부터 배출되어 공급되는 고온 고농도의 에어로졸 입자는 입자 유입관(100)을 통해 하우징(200)의 희석 챔버(201)로 유입되고, 희석 챔버(201)에서는 에어로졸 입자가 클린 에어 공급부(300)로부터 공급된 클린 에어와 혼합되어 저온 저농도로 희석된다. 저온 저농도로 희석된 에어로졸 입자는 입자 배출관(500)을 통해 별도의 입자 측정기(20)로 공급되며, 입자 측정기(20)에 의해 입자 농도가 측정된다.
본 발명의 일 실시예에서는 입자 유입관(100)과 입자 배출관(500) 사이의 차압을 특정하는 차압 센서(600)가 구비되고, 입자 유입관(100) 및 입자 배출관(500)에는 도 3에 도시된 바와 같이 차압 센서(600)를 연결하기 위한 차압 포트(110,510)가 각각 형성된다. 차압 포트(110,510)는 입자 유입관(100) 및 입자 배출관(500)에서 에어로졸 입자의 유동 방향에 대한 직각 방향으로 돌출되게 형성되며, 이를 통해 차압 포트(110,510)에 의한 에어로졸 입자의 손실을 최소화할 수 있다.
제어부(700)는 차압 센서(600)의 측정값을 인가받아 희석 챔버(201)로부터 배출되는 공기 유량을 조절하도록 공기 배출부(400)를 동작 제어한다. 이러한 제어 방식을 통해 본 발명의 입자 희석 장치(10)는 유입되는 에어로졸 입자에 대해 항상 일정한 농도로 희석할 수 있고, 이에 따라 입자 측정기(20)의 측정 결과 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
좀더 자세히 살펴보면, 일반적으로 공장 굴뚝 등으로부터 배출되어 공급되는 에어로졸 입자는 그 배출 특성상 유입 유량이 일정하게 유지되지 않고 시간에 따라 변화하는 것이 일반적이므로, 이러한 에어로졸 입자를 공급받아 일정 희석비로 희석하게 되면, 희석 과정에서 에어로졸 입자의 농도가 변화하게 되고, 이에 따라 입자 측정기(20)에 의한 측정 정확도가 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명의 일 실시예에서는 에어로졸 입자가 유입되는 입자 유입관(100)과 에어로졸 입자가 배출되는 입자 배출관(500) 사이의 차압을 차압 센서(600)를 통해 측정하고, 측정값을 기초로 희석 챔버(201)의 공기 배출량을 조절함으로써, 유입되는 에어로졸 입자의 유량이 변화하더라도 항상 일정한 농도로 희석하여 에어로졸 입자를 입자 측정기(20)에 배출 공급할 수 있다.
희석 챔버(201) 내부에서 유입 및 배출되는 에어로졸 입자와 공기의 유량은 질량 보존의 법칙에 따라 일정하게 유지되며, 따라서, 입자 유입관(100)을 통해 유입되는 에어로졸 입자의 유량(QA)과 클린 에어 공급부(300)를 통해 공급되는 클린 에어의 공급 유량(QC)의 합은 입자 배출관(500)을 통해 배출되는 에어로졸 입자의 유량(QM)과 공기 배출부(400)를 통해 배출되는 공기 배출 유량(QE)의 합과 같다. 즉, QA + QC = QM + QE 를 만족한다.
이 경우, 입자 유입관(100)으로 유입되는 에어로졸 입자의 유량이 증가하게 되면, 입자 유입관(100) 측의 압력이 증가하여 차압 센서(600)의 차압 측정값이 기준값보다 증가하게 된다. 반대로, 입자 유입관(100)으로 유입되는 에어로졸 입자의 유량이 감소하게 되면, 입자 유입관(100) 측의 압력이 감소하여 차압 센서(600)의 차압 측정값이 기준값보다 감소하게 된다.
이와 같이 차압 센서(600)의 측정값이 변화하게 되면, 제어부(700)는 이를 인가받아 공기 배출부(400)를 동작 제어한다. 좀더 구체적으로, 제어부(700)는 차압 센서(600)의 측정값이 기준값보다 증가하면, 희석 챔버(201)로부터 배출되는 공기 유량이 감소하도록 공기 배출부(400)를 동작 제어하고, 차압 센서(600)의 측정값이 기준값보다 감소하면, 희석 챔버(201)로부터 배출되는 공기 유량이 증가하도록 공기 배출부(400)를 동작 제어한다. 이때, 차압 센서(600)의 기준값은 클린 에어 공급부(300)와 공기 배출부(400)의 작동을 정지한 상태에서 입자 유입관(100)과 입자 배출관(500)의 차압을 측정한 값으로 설정할 수 있다.
이러한 공기 배출 유량에 대한 제어를 통해 희석 챔버(201)로 유입되는 에어로졸 입자의 유량을 조절할 수 있어 에어로졸 입자에 대한 희석비를 항상 일정하게 유지시킬 수 있다. 이 과정에서 클린 에어 공급부(300)에 의한 클린 에어의 공급 유량은 항상 일정하게 유지하는 것이 제어 변수를 줄이는 측면에서 바람직하다.
정리하면, 입자 유입관(100)을 통해 유입되는 에어로졸 입자의 유량이 증가하면, 차압 센서(600)의 측정값이 증가하게 되는데, 이 경우, 공기 배출부(400)를 통한 공기 배출 유량을 감소시키면, 희석 챔버(201) 내의 압력이 증가하여 입자 유입관(100)을 통한 에어로졸 입자의 유입 유량이 감소하게 되고, 이에 따라 희석 챔버(201)에서 에어로졸 입자의 농도가 일정하게 유지된다. 반대로, 입자 유입관(100)을 통해 유입되는 에어로졸 입자의 유량이 감소하면, 차압 센서(600)의 측정값이 감소하게 되는데, 이 경우, 공기 배출부(400)를 통한 공기 배출 유량을 증가시키면, 희석 챔버(201) 내의 압력이 감소하여 입자 유입관(100)을 통한 에어로졸 입자의 유입 유량이 증가하게 되고, 이에 따라 희석 챔버(201)에서 에어로졸 입자의 농도가 일정하게 유지된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치(10)는 공장 굴뚝과 같은 오염원에서 배출 공급되는 에어로졸 입자의 유량이 변화하더라도 차압 센서(600)를 통해 이를 감지하여 실시간으로 희석비를 조절함으로써, 항상 일정한 농도의 에어로졸 입자를 입자 측정기(20)에 배출 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 희석 장치(10)는 에어로졸 입자를 희석하는 기능 이외에도 냉각시키는 기능 또한 수행할 수 있다.
이를 위해 하우징(200) 내부 공간에는 희석 챔버(201)의 상류측에 내부 공간을 냉각시킬 수 있는 냉각 챔버(202)가 희석 챔버(201)와 연통되게 형성되고, 입자 유입관(100)은 일단이 하우징(200)의 상류단을 관통하여 냉각 챔버(202) 내부에 위치하도록 배치될 수 있다.
하우징(200)의 내부에는 냉각 챔버(202)의 외부 공간을 감싸도록 냉각 유로(204)가 형성되고, 냉각 유로(204)에는 냉각 챔버(202)의 내부 공간을 냉각시킬 수 있도록 냉각 매체가 유동한다. 냉각 유로(204)와 냉각 챔버(202)는 냉각 챔버(202)의 상류단에서 상호 연통되게 형성된다. 즉, 냉각 챔버(202)는 양단 개방된 중공 원통형상으로 형성되고, 냉각 유로(204)는 이러한 냉각 챔버(202)의 외주면을 감싸는 형태로 형성되어 냉각 챔버(202)의 상류단의 개방된 면을 통해 상호 연통되도록 형성된다.
이때, 냉각 매체는 별도로 순환하는 냉매를 적용할 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 클린 에어 공급부(300)로부터 공급되는 클린 에어로 적용될 수 있다. 이에 따라 클린 에어는 도 4에 도시된 바와 같이 냉각 유로(204)를 따라 유동하며 냉각 챔버(202)를 냉각시키고, 이후, 냉각 챔버(202)의 상류단을 통해 냉각 챔버(202)로 유입되며, 냉각 챔버(202)에서 에어로졸 입자와 혼합되어 희석 챔버(201)로 유입된다.
이러한 구조에 따라 에어로졸 입자는 냉각 챔버(202)에 유입되어 냉각 챔버(202)의 냉각 작용에 의해 냉각됨과 동시에 클린 에어와의 혼합에 의해 냉각된다. 이후, 희석 챔버(201)에서 클린 에어와 다시 혼합되고 희석되는 과정에서 대류 열전달에 의해 전체적으로 다시 한번 냉각되고 희석된다.
입자 유입관(100)이 하우징(200)의 상류단 및 냉각 챔버(202)의 상류단을 관통하여 그 끝단이 냉각 챔버(202) 내에 위치함과 동시에 클린 에어가 냉각 유로(204)를 유동하여 냉각 챔버(202)의 개방된 상류단을 통해 냉각 챔버(202)로 유입되기 때문에, 냉각 챔버(202) 내에서 에어로졸 입자의 유동 방향과 클린 에어의 유동 방향이 동일하게 형성되므로, 클린 에어의 공급 과정에서 와류 발생이 최소화되어 에어로졸 입자의 손실이 최소화된다.
아울러, 냉각 유로(204)에는 클린 에어 공급부(300)로부터 클린 에어가 공급되도록 클린 에어 공급 포트(210)가 형성되는데, 클린 에어 공급 포트(210)는 복수개가 등간격으로 이격되게 형성될 수 있다. 이와 같이 클린 에어 공급 포트(210)가 복수개 형성됨으로써, 클린 에어가 냉각 유로(204)의 전체 영역에 걸쳐 고르게 유동하며 냉각 챔버(202)로 유입되므로, 냉각 챔버(202) 내에서 에어로졸 입자의 흐름이 중심부를 따라 원활하게 흘러가게 된다. 따라서, 냉각 챔버(202) 내에서 벽면 마찰 등에 의한 에어로졸 입자의 손실이 최소화된다.
한편, 하우징(200) 내부 공간에는 희석 챔버(201)의 하류측에 공기를 배출시킬 수 있는 배출 챔버(203)가 희석 챔버(201)와 연통되게 형성되고, 배출 챔버(203)의 일측에는 공기 배출부(400)에 의해 공기가 배출되도록 공기 배출 포트(220)가 형성된다. 또한, 입자 배출관(500)은 일단이 배출 챔버(203)를 관통하여 희석 챔버(201)의 내부에 위치하도록 배치된다.
이러한 구조에 따라 희석 챔버(201)에서 희석된 에어로졸 입자가 공기 배출 유동에 따른 영향 없이 안정적으로 입자 배출관(500)을 통해 배출될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 희석 챔버(201)의 하류에 배출 챔버(203)가 형성되고, 배출 챔버(203)에 공기 배출 포트(220)가 형성되기 때문에, 희석 챔버(201) 내부에서 희석된 에어로졸 입자가 희석 챔버(201)의 하류인 배출 챔버(203)에서 공기 배출 포트(220)를 통해 배출되므로, 희석 챔버(201) 내부에서는 상대적으로 에어로졸 입자가 안정적인 유동 상태를 나타내게 된다. 이때, 입자 배출관(500)의 일단이 배출 챔버(203)가 아닌 희석 챔버(201) 내에 위치하기 때문에, 이러한 안정적인 유동 상태에서 에어로졸 입자가 입자 배출관(500)을 통해 입자 측정기(20)로 배출 공급되므로, 입자 측정기(20)의 측정 정확도가 향상된다.
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.
100: 입자 유입관
200: 하우징
201: 희석 챔버
202: 냉각 챔버
203: 배출 챔버
204: 냉각 유로
210: 클린 에어 공급 포트
220: 공기 배출 포트
300: 클린 에어 공급부
400: 공기 배출부
500: 입자 배출관
600: 차압 센서
700: 제어부
200: 하우징
201: 희석 챔버
202: 냉각 챔버
203: 배출 챔버
204: 냉각 유로
210: 클린 에어 공급 포트
220: 공기 배출 포트
300: 클린 에어 공급부
400: 공기 배출부
500: 입자 배출관
600: 차압 센서
700: 제어부
Claims (8)
- 에어로졸 입자를 희석하여 별도의 입자 측정기로 배출 공급하는 입자 희석 장치에 있어서,
에어로졸 입자가 유입되는 입자 유입관;
상기 입자 유입관을 통해 에어로졸 입자가 유입되도록 내부 공간에 상기 입자 유입관과 연통되게 희석 챔버가 형성되는 하우징;
상기 희석 챔버에 연통 결합되어 상기 희석 챔버에 클린 에어를 공급하도록 작동하는 클린 에어 공급부;
상기 희석 챔버에 연통 결합되어 상기 희석 챔버로부터 공기를 배출하도록 작동하는 공기 배출부;
상기 희석 챔버에서 희석된 에어로졸 입자를 배출하여 상기 입자 측정기로 공급할 수 있도록 상기 희석 챔버에 연통되게 결합되는 입자 배출관;
상기 입자 유입관과 상기 입자 배출관 사이의 차압을 측정하는 차압 센서; 및
상기 차압 센서의 측정값을 인가받아 상기 희석 챔버로부터 배출되는 공기 유량을 조절하도록 상기 공기 배출부를 동작 제어하는 제어부
를 포함하고,
상기 공기 배출부는, 공기를 배출시키는 블로워와, 상기 블로워와 상기 하우징을 연결하는 배출 라인을 포함하고, 상기 배출 라인은 중간 구간에서 복수개로 분기되는 분기 라인이 형성되고, 각 분기 라인에는 개폐 밸브가 각각 장착되며, 복수개의 상기 개폐 밸브를 선택적으로 개방하는 방식으로 공기 배출 유량을 조절하며,
상기 제어부는
상기 차압 센서의 측정값이 기준값보다 증가하면, 상기 희석 챔버로부터 배출되는 공기 유량이 감소하도록 상기 공기 배출부를 동작 제어하고,
상기 차압 센서의 측정값이 기준값보다 감소하면, 상기 희석 챔버로부터 배출되는 공기 유량이 증가하도록 상기 공기 배출부를 동작 제어하며,
상기 하우징 내부 공간에는 상기 희석 챔버의 상류 측에 내부 공간을 냉각시킬 수 있는 냉각 챔버가 상기 희석 챔버와 연통되게 형성되고,
상기 입자 유입관은 일단이 상기 하우징의 상류단을 관통하여 상기 냉각 챔버 내부에 위치하도록 배치되고,
상기 하우징에는 상기 냉각 챔버의 외부 공간을 감싸도록 냉각 유로가 형성되고,
상기 냉각 유로에는 상기 냉각 챔버의 내부 공간을 냉각시킬 수 있도록 냉각 매체가 유동하며,
상기 냉각 유로와 상기 냉각 챔버는 상기 냉각 챔버의 상류단에서 상호 연통되게 형성되며,
상기 냉각 매체는 상기 클린 에어 공급부로부터 공급되는 클린 에어로 적용되고, 상기 클린 에어가 상기 냉각 유로를 따라 유동한 후 상기 냉각 챔버의 상류단을 통해 상기 냉각 챔버로 유입되는 것을 특징으로 하는 입자 희석 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 냉각 유로에는 상기 클린 에어 공급부로부터 클린 에어가 공급되도록 복수개의 클린 에어 공급 포트가 등간격으로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 입자 희석 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 하우징 내부 공간에는 상기 희석 챔버의 하류 측에 공기를 배출시킬 수 있는 배출 챔버가 상기 희석 챔버와 연통되게 형성되고,
상기 배출 챔버의 일측에는 상기 공기 배출부에 의해 공기가 배출되도록 공기 배출 포트가 형성되는 것을 특징으로 하는 입자 희석 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 입자 배출관은 일단이 상기 배출 챔버를 관통하여 상기 희석 챔버의 내부에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 입자 희석 장치.
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