KR102593663B1 - 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치 및 이를 이용한 대기오염물질 분석장치 - Google Patents

포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치 및 이를 이용한 대기오염물질 분석장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포집된 공기를 대상으로 대기오염물질을 분석하는 대기오염물질 분석장치에 공기를 공급함에 있어서 공기에 포함되어 있는 수증기를 응결, 제거함으로써 수증기로 인한 분석장치의 고장 및 분석데이터의 신뢰성 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치 및 이를 이용한 대기오염물질 분석장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치는 공기유입관 및 공기유출관의 장착 공간을 제공함과 함께 수증기의 응결에 의해 생성된 수분이 저류되는 공간을 제공하는 트랩부; 분석대상공기를 트랩부의 내부공간에 유입시킴과 함께 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기를 응결시키는 공기유입관; 및 트랩부에 존재하는 수증기가 제거된 분석대상공기를 분석장치로 유출시키는 공기유출관;을 포함하여 이루어지며, 분석대상공기가 공기유입관을 이동하는 과정에서 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기가 응결되어 트랩부의 내부공간으로 중력낙하하여 배출되며, 수증기가 제거된 분석대상공기는 트랩부의 내부공간을 거쳐 공기유출관을 통해 분석장치로 유출되는 것을 특징으로 한다.

Description

포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치 및 이를 이용한 대기오염물질 분석장치{Moisture trap for analysis of atmospheric air sample and System of analysis for air pollutant using the same}
본 발명은 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치 및 이를 이용한 대기오염물질 분석장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포집된 공기를 대상으로 대기오염물질을 분석하는 대기오염물질 분석장치에 공기를 공급함에 있어서 공기에 포함되어 있는 수증기를 응결, 제거함으로써 수증기로 인한 분석장치의 고장 및 분석데이터의 신뢰성 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치 및 이를 이용한 대기오염물질 분석장치에 관한 것이다.
황산화물(SO2), 질소산화물(NOx), 암모니아(NH3), 휘발성유기화합물(VOCs) 등은 대표적인 대기오염물질이자, 대기 중에서 광화학 반응 또는 다상 반응을 통해 초미세먼지(PM2.5)를 생성할 수 있는 주요 전구물질이다. 이러한 대기오염물질은 대기오염 현황 파악과 2차 생성기작 연구를 위해 용기나 필터에 포집되어 분석된다.
대기오염물질 분석은 통상, 포집된 공기가 담겨져 있는 용기를 분석장치에 연결하여 각종 대기오염물질의 농도를 측정하는 방식으로 진행된다. 그런데, 포집된 공기에는 습윤한 상태로 인해 일정 부분이 수증기가 포함될 수 있으며, 이러한 수증기는 분석장치 내부에서 응결되어 미세한 물방울을 형성한다.
분석장치 내부에 맺힌 물방울은 분석대상공기에 포함된 기체상 오염물질과 반응하여 분석장치의 금속부 부식, 슬러지 생성으로 인한 모세관 막힘, 분석장치의 센서 감도 저하 등을 유발하여 측정농도의 정확성을 낮출 뿐 아니라 장비 고장의 원인이 된다. 특히, 최근에는 실시간 분석장치를 이용하여 외기를 직접 분석하는 경우가 많기 때문에 다량의 수증기가 분석장치에 유입되면 장비의 부식은 물론 분석데이터의 신뢰성도 떨어지게 된다.
한국등록특허 제631477호는 대기오염분석을 위한 수분 전처리 수단을 통해 시료에 포함되어 있는 수분을 제거하는 기술을 개시하고 있으나, 펠티어 소자 등이 요구되는 등 장치적 복잡성이 뒤따른다.
한국등록특허 제631477호(2006. 10. 9 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 포집된 공기를 대상으로 대기오염물질을 분석하는 대기오염물질 분석장치에 공기를 공급함에 있어서 공기에 포함되어 있는 수증기를 응결, 제거함으로써 수증기로 인한 분석장치의 고장 및 분석데이터의 신뢰성 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치 및 이를 이용한 대기오염물질 분석장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치는 공기유입관 및 공기유출관의 장착 공간을 제공함과 함께 수증기의 응결에 의해 생성된 수분이 저류되는 공간을 제공하는 트랩부; 분석대상공기를 트랩부의 내부공간에 유입시킴과 함께 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기를 응결시키는 공기유입관; 및 트랩부에 존재하는 수증기가 제거된 분석대상공기를 분석장치로 유출시키는 공기유출관;을 포함하여 이루어지며, 분석대상공기가 공기유입관을 이동하는 과정에서 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기가 응결되어 트랩부의 내부공간으로 중력낙하하여 배출되며, 수증기가 제거된 분석대상공기는 트랩부의 내부공간을 거쳐 공기유출관을 통해 분석장치로 유출되는 것을 특징으로 한다.
공기유입관은 물의 열전도도보다 높은 열전도도를 갖는 물질로 구성된다.
상기 공기유입관, 공기유출관 및 트랩부는 유리로 이루어질 수 있다.
상기 트랩부의 내부공간에 대기보다 낮은 온도의 기체를 주입되어 공기유입관 및 공기유출관의 온도가 공기유입관을 통해 유입되는 분석대상공기보다 낮은 온도를 유지할 수 있다.
상기 공기유입관은 트랩부의 외부에 수평방향으로 배치되는 제 1 단부와, 트랩부의 내부공간에 구비되며 제 1 개구공을 포함하는 제 2 단부로 구성되며, 상기 제 2 단부는 제 1 단부로부터 절곡되어 하향 배치되며, 제 1 개구공을 통해 수증기의 응결에 의해 생성된 수분 및 수증기가 제거된 분석대상공기가 트랩부로 배출된다.
상기 공기유출관은 외부로 노출된 제 1 단부와, 제 1 단부로부터 절곡되어 트랩부의 내부공간에 하향 배치되는 제 2 단부로 구성되며, 제 2 단부의 끝단부에는 제 2 개구공이 구비되며, 공기유입관을 통해 트랩부의 내부공간으로 배출된 수증기가 제거된 분석대상공기는 제 2 개구공을 통해 공기유출관으로 유출된다.
상기 트랩부는, 공기유입관과 공기유출관의 장착 공간을 제공하는 상단 트랩부와, 수증기의 응결에 의해 생성된 수분이 저류되는 공간을 제공하는 하단 트랩부로 구성되며, 하단 트랩부의 일단측에 수분을 배출하는 배출구가 구비된다.
본 발명에 따른 대기오염물질 분석장치는 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기를 제거하는 수증기 제거장치; 및 수증기가 제거된 분석대상공기에 대해 대기오염물질의 유무 및 농도를 분석하는 분석장치를 포함하여 이루어지며, 상기 수증기 제거장치는, 공기유입관 및 공기유출관의 장착 공간을 제공함과 함께 수증기의 응결에 의해 생성된 수분이 저류되는 공간을 제공하는 트랩부와, 분석대상공기를 트랩부의 내부공간에 유입시킴과 함께 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기를 응결시키는 공기유입관과, 트랩부에 존재하는 수증기가 제거된 분석대상공기를 분석장치로 유출시키는 공기유출관을 포함하여 구성되며, 분석대상공기가 공기유입관을 이동하는 과정에서 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기가 응결되어 트랩부의 내부공간으로 중력낙하하여 배출되며, 수증기가 제거된 분석대상공기는 트랩부의 내부공간을 거쳐 공기유출관을 통해 분석장치로 유출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치 및 이를 이용한 대기오염물질 분석장치는 다음과 같은 효과가 있다.
대기오염물질이 포함된 공기를 대상으로 한 대기오염물질 분석을 실시함에 있어서, 분석대상공기에 존재하는 수증기를 간략한 기구적 구조를 통해 용이하게 응결, 제거할 수 있어 수증기로 인한 분석장치의 부식, 모세관 막힘, 분석의 신뢰성 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치의 제작 사진.
본 발명은 대기오염물질 분석장치의 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기를 효과적으로 제거할 수 있는 기술을 제시한다.
앞서 '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, 대기오염물질 분석장치의 분석대상공기에는 외기 환경에 의해 일정 부분 수증기가 포함되며 이러한 수증기는 분석장치의 부식, 모세관 막힘을 유발함과 함께 분석의 신뢰성 저하를 초래할 수 있다. 본 명세서에서 '분석대상공기'라 함은 대기오염물질 분석장치의 분석대상물로서 외기로부터 포집된 공기를 일컫는다.
본 발명은 매우 간략한 기구적 구조를 통해 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기를 응결, 제거하고, 수증기가 제거된 공기가 분석장치에 공급되도록 함으로써 수증기로 인해 유발되는 제반 문제점을 해결할 수 있는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치 및 이를 이용한 대기오염물질 분석장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치는 공기유입관(110), 공기유출관(120) 및 트랩부(130)를 포함하여 이루어진다.
상기 공기유입관(110)은 수증기가 포함된 분석대상공기를 트랩부(130)로 유입시키는 도관이며, 상기 공기유출관(120)은 수증기가 제거된 분석대상공기를 트랩부(130) 외부로 유출시키는 도관이다. 또한, 상기 트랩부(130)는 공기유입관(110) 및 공기유출관(120)의 장착 공간을 제공함과 함께 공기유입관(110)과 공기유출관(120)에 의해 응결된 수분이 저류되는 공간을 제공한다.
분석대상공기는 공기유입관(110)을 통해 트랩부(130)로 유입되고, 분석대상공기가 공기유입관(110)을 통과하는 과정에서 분석대상공기와 공기유입관(110)의 온도 차이에 의해 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기는 수분으로 응결되며, 응결된 수분은 중력낙하하여 트랩부(130)에 저류된다. 수증기가 제거된 분석대상공기는 공기유출관(120)을 통해 외부 즉, 분석장치로 유출된다. 수증기가 제거된 분석대상공기가 공기유출관(120)을 통해 유출되는 과정에서도 분석대상공기에 잔존하는 수증기가 있다면 공기유출관(120)과 분석대상공기 사이의 온도 차이에 의해 수증기가 응결되어 트랩부(130)로 저류된다.
본 발명은 이와 같은 매우 간략한 기구적 구조를 통해 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기를 효과적으로 응결, 제거할 수 있다. 상기의 기구적 구조를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 핵심원리가 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기를 응결시키는 것인 바, 분석대상공기가 공기유입관(110)을 통과하는 과정에서 수증기가 응결되기 위해서는 분석대상공기와 공기유입관(110)의 온도 차이가 일정 수준 이상 되어야 한다. 즉, 공기유입관(110)의 온도가 공기유입관(110)을 통해 유입되는 분석대상공기의 온도보다 일정 수준 낮아야 한다.
이를 위해, 공기유입관(110)은 물의 열전도도보다 높은 물질로 구성될 필요가 있다. 공기유입관(110)의 열전도도가 물의 열전도도보다 낮으면 분석대상공기보다 공기유입관(110)의 온도가 높을 가능성이 커 수증기의 응결이 효과적으로 진행되지 않는다. 공기유입관(110)은 물의 열전도도보다 높은 열전도도를 갖는 유리 또는 금속으로 구성할 수 있으며, 장치 구성의 용의성 측면에서는 유리로 구성하는 것이 바람직하다.
상대적으로 열전도도가 높은 유리(또는 금속)과 상대적으로 열전도도가 낮은 수증기가 접촉하게 되면 수증기가 유리(또는 금속)에 열을 빼앗겨 수증기는 물로 응결된다. 따라서, 별도의 추가적인 장치 구성 없이 물의 열전도도보다 높은 물질로 공기유입관(110)을 구성하는 것을 통해 분석대상공기와 공기유입관(110)의 접촉을 통해 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기를 응결시킬 수 있다. 여기서, 상기 공기유입관(110) 이외에 공기유출관(120) 및 트랩부(130) 역시 유리로 구성할 수 있다.
한편, 일정 온도범위 내에서 분석대상공기와 공기유입관(110)의 온도차가 커질수록 수증기의 응결효율이 높아지는데, 이를 위해 공기유입관(110)의 온도를 인위적으로 낮출 수도 있다. 일 실시예로, 트랩부(130) 내에 대기보다 낮은 온도의 기체를 주입함으로써 공기유입관(110) 및 공기유출관(120)의 온도를 분석대상공기의 온도보다 낮출 수 있다.
분석대상공기와 공기유입관(110) 간의 온도차를 유지함과 함께 응결된 수분의 중력낙하를 위해 공기유입관(110)은 트랩부(130)의 공간 내에 위치하며, 분석대상공기의 유입을 위해 공기유입관(110)의 일부만 외부로 노출된 형태를 갖는다. 구체적으로, 공기유입구가 구비된 공기유입관(110)의 일단측 즉, 제 1 단부(111)는 트랩부(130)의 외부에 수평방향으로 배치되며, 트랩부(130)의 내부 공간에 구비되는 공기유입관(110) 즉, 제 2 단부(112)는 제 1 단부(111)로부터 절곡되어 하향 배치된다. 수평방향으로 배치된 공기유입관(110)의 제 1 단부(111)를 통해 유입된 분석대상공기는 제 1 단부(111)를 거쳐 트랩부(130)의 내부공간에 위치한 제 2 단부(112)로 이동되며, 제 2 단부(112)를 이동하는 과정에서 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기는 응결되어 중력낙하한다. 제 2 단부(112)는 수직방향으로 배치되거나 경사진 방향으로 배치되는 형태로 하향 배치된다. 제 1 단부(111)와 제 2 단부(112)를 절곡시키는 이유는 상대적으로 높은 온도의 분석대상공기와 상대적으로 낮은 온도의 공기유입관(110) 간의 접촉을 증가시켜 수증기의 응결을 촉진시키기 위함이다.
공기유입관(110)의 제 2 단부(112)의 끝단부는 개구된 형태 즉, 제 1 개구공(112a)이 구비되며, 공기유입관(110)의 제 2 단부(112)에 구비된 제 1 개구공(112a)을 통해 수증기의 응결에 의해 생성된 수분 및 수증기가 제거된 분석대상공기가 트랩부(130)로 배출된다. 제 1 개구공(112a)을 통해 배출된 수분은 트랩부(130)에 저류되며, 제 1 개구공(112a)을 통해 배출된 분석대상공기는 공기유출관(120)의 일단측에 구비된 제 2 개구공(122a)을 통해 공기유출관(120)으로 유입된다.
상기 공기유출관(120)은 공기유입관(110)과 동일한 형상을 이루고 동일한 형태로 트랩부(130)에 장착될 수 있다. 즉, 공기유입관(110)과 마찬가지로 공기유출관(120)은 외부로 노출된 제 1 단부(121)와, 제 1 단부(121)로부터 절곡되어 트랩부(130)의 내부공간에 하향 배치되는 제 2 단부(122)로 구성될 수 있으며, 제 2 단부(122)의 끝단부에는 제 2 개구공(122a)이 구비된다.
공기유입관(110)의 제 1 개구공(112a)을 통해 트랩부(130)의 내부공간에 배출된 분석대상공기 즉, 수증기가 제거된 분석대상공기는 공기유출관(120)의 제 2 단부(122)에 구비된 제 2 개구공(122a)을 통해 공기유출관(120)으로 유입되며, 공기유출관(120)으로 유입된 수증기가 제거된 분석대상공기는 공기유출관(120)의 제 2 단부(122)와 수평방향으로 배치된 제 1 단부(121)를 거쳐 분석장치로 유출된다.
상기 트랩부(130)는 상술한 바와 같이, 공기유입관(110)과 공기유출관(120)의 장착 공간을 제공함과 함께 수증기의 응결에 의해 생성된 수분이 저류되는 공간을 제공하는데, 세부적으로 상기 트랩부(130)는 상단 트랩부(131)과 하단 트랩부(132)로 구성된다. 상단 트랩부(131)은 공기유입관(110)과 공기유출관(120)의 장착 공간을 제공하며, 하단 트랩부(132)는 수증기의 응결에 의해 생성된 수분이 저류되는 공간을 제공한다. 하단 트랩부(132)의 일단측에는 배출구(133)가 구비되어 하단 트랩부(132)에 저류된 수분을 배출구(133)를 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 상기 배출구(133)는 마개(134)에 의해 개방 또는 차단될 수 있다. 또한, 상단 트랩부(131)과 하단 트랩부(132)는 선택적으로 착탈 가능한 구조를 이룬다.
참고로, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 포집된 공기에 포함되어 있는 수증기 제거장치의 사진을 나타낸 것이다.
110 : 공기유입관 111 : 공기유입관의 제 1 단부
112 : 공기유입관의 제 2 단부 112a : 제 1 개구공
120 : 공기유출관 121 : 공기유출관의 제 1 단부
122 : 공기유출관의 제 2 단부 122a : 제 2 개구공
130 : 트랩부 131 : 상부 트랩부
132 : 하부 트랩부 133 : 배출구
134 : 마개

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기를 제거하는 수증기 제거장치; 및
    수증기가 제거된 분석대상공기에 대해 대기오염물질의 유무 및 농도를 분석하는 분석장치를 포함하여 이루어지며,
    상기 수증기 제거장치는,
    공기유입관 및 공기유출관의 장착 공간을 제공함과 함께 수증기의 응결에 의해 생성된 수분이 저류되는 공간을 제공하는 트랩부와,
    분석대상공기를 트랩부의 내부공간에 유입시킴과 함께 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기를 응결시키는 공기유입관과,
    트랩부에 존재하는 수증기가 제거된 분석대상공기를 분석장치로 유출시키는 공기유출관을 포함하여 구성되며,
    분석대상공기가 공기유입관을 이동하는 과정에서 분석대상공기에 포함되어 있는 수증기가 응결되어 트랩부의 내부공간으로 중력낙하하여 배출되며, 수증기가 제거된 분석대상공기는 트랩부의 내부공간을 거쳐 공기유출관을 통해 분석장치로 유출되며,
    공기유입관은 물의 열전도도보다 높은 열전도도를 갖는 물질로 구성되며,
    상기 트랩부의 내부공간에 대기보다 낮은 온도의 기체를 주입되어 공기유입관 및 공기유출관의 온도가 공기유입관을 통해 유입되는 분석대상공기보다 낮은 온도를 유지하며,
    상기 공기유입관은 트랩부의 외부에 수평방향으로 배치되는 제 1 단부와, 트랩부의 내부공간에 구비되며 제 1 개구공을 포함하는 제 2 단부로 구성되며, 상기 제 2 단부는 제 1 단부로부터 절곡되어 하향 배치되며, 제 1 개구공을 통해 수증기의 응결에 의해 생성된 수분 및 수증기가 제거된 분석대상공기가 트랩부로 배출되며,
    상기 공기유출관은 외부로 노출된 제 1 단부와, 제 1 단부로부터 절곡되어 트랩부의 내부공간에 하향 배치되는 제 2 단부로 구성되며, 제 2 단부의 끝단부에는 제 2 개구공이 구비되며, 공기유입관을 통해 트랩부의 내부공간으로 배출된 수증기가 제거된 분석대상공기는 제 2 개구공을 통해 공기유출관으로 유출되며,
    상기 트랩부는, 공기유입관과 공기유출관의 장착 공간을 제공하는 상단 트랩부와, 수증기의 응결에 의해 생성된 수분이 저류되는 공간을 제공하는 하단 트랩부로 구성되며, 하단 트랩부의 일단측에 수분을 배출하는 배출구가 구비되며,
    분석장치에 의해 분석되는 대기오염물질은 황산화물(SO2), 질소산화물(NOx), 암모니아(NH3), 휘발성유기화합물(VOCs) 중 어느 하나 또는 이들의 조합이며,
    공기유입관의 제 2 단부 및 공기유출관의 제 2 단부는 경사진 방향으로 하향 배치되며,
    상단 트랩부과 하단 트랩부는 조립구조를 이루며,
    상단 트랩부와 하단 트랩부는 각각 상단에서 하단으로 갈수록 지름이 커지는 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 대기오염물질 분석장치.
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