KR20050089386A

KR20050089386A - Ｖｏｃ 포집장치

Info

Publication number: KR20050089386A
Application number: KR1020040014749A
Authority: KR
Inventors: 윤동원
Original assignee: 주식회사 프레션
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-09-08
Also published as: KR100569724B1

Abstract

본 발명은 소형챔버를 이용하여 건축자재로부터 공기 중으로 발산되는 휘발성 유기화합물(VOC: Volatile Organic Compound), 포름알데히드 및 다른 카르보닐 화합물의 농도를 분석하기 위해서 정해진 규격대로 공기중의 VOC를 정확하게 포집하기 위하여, 소형챔버를 통과하는 공기 유량 및 시험편의 표면적을 구해 시험대상인 건축자재의 단위면적당 VOC, 포름알데히드 및 카르보닐 화합물의 발산속도를 측정할 수 있는 VOC포집장치에 관한 것으로, 외부공기를 흡입하도록 컴프레서를 포함하는 흡입부; 상기 흡입부로 흡입된 공기를 필터링하는 필터부; 일정한 수온의 증류수에 상기 필터부를 통과한 공기를 통과시켜 온도 및 습도를 상승시키는 항온수조; 상기 항온수조에 연결되어 공기의 온도를 소정의 온도로 변화시키는 열교환기; 상기 열교환기에 연결되어 공기의 유량을 제어하는 전질량제어유량계; 상기 전질량제어유량계에 연결되고 내부에 측정하고자 하는 건축자재가 내장되는 적어도 하나 이상의 소형챔버; 상기 소형챔버에서 나오는 공기가 통과하여 소형챔버에서 발생하는 오염공기를 포집하는 포집기; 상기 소형챔버를 포함할 수 있는 용적을 가지고 소정의 온도를 유지하는 항온챔버; 및 상기 포집기와 연결되어 공기의 배출하는 배기펌프와 상기 배기펌프에 연결되어 공기의 유량을 제어하는 후질량제어유량계를 가지는 배출부를 포함하는 VOC 포집장치이다.

Description

ＶＯＣ 포집장치{VOC piling device}

본 발명은 VOC포집장치에 관한 것으로, 소형챔버를 이용하여 건축자재로부터 공기 중으로 발산되는 휘발성 유기화합물(VOC: Volatile Organic Compound), 포름알데히드 및 다른 카르보닐 화합물의 농도를 분석하기 위해서 정해진 규격대로 공기중의 VOC를 정확하게 포집하기 위하여, 소형챔버를 통과하는 공기 유량 및 시험편의 표면적을 구해 시험대상인 건축자재의 단위면적당 VOC, 포름알데히드 및 카르보닐 화합물의 발산속도를 측정할 수 있는 VOC포집장치에 관한 것이다.

주택의 고기밀화와 화학물질을 발산하는 건축자재 및 내장재의 사용으로 인하여 신·개축 후의 주택과 빌딩에 거주하는 사람에게 화학물질에 따른 실내공기오염에 의한 다양한 신체이상이 발생하는 사례가 많이 보고되고 있다.

미국의 재료시험협회(ASTM: American Society Testing Material)와 유럽규격(EN)에서 1999년 8월에 발산시험 챔버법을 이용한 VOC의 발산속도측정을 위해 유럽규격안 ENV13419가 공표되었으며 일본에서도 2003년 6월에 JIS A 1901의 건축규격법이 제정되었으나, 우리나라에서는 아직까지 KS가 규정되지 않고 있는 실정이다.

따라서, 외국의 예와 같이 우리나라에서도 정확한 측정조건과 계측방법의 통일화로 표준화 규격을 잡을 것이 요구되며, 이를 위하여 건축자재 및 내장재에서 발산하는 오염물질을 측정할 수 있는 시험용 샘플을 포집할 수 있는 규격화된 장치가 요구된다.

기존 사용되고 있는 검사방법에는 데시케이터법, 퍼포레이터법, 소형챔버법이 있다.

먼저 데시케이트법은 70년대 중반 일본에서 개발된 방법으로 데시케이터 챔버 내부 온도를 20℃로 맞추고 시편을 24시간 방치하여 챔버 하단에 있는 증류수에 포름알데히드를 정류되게 하여 아세틸아세톤과의 반응을 이용하여 적외선 분광기로 정량을 측정하는 방법이다.

그러나, 데시케이트법은 실제 거주하는 실내를 모델링한 것이 아니라서 실내처럼 환기가 없으며 VOC는 측정이 불가능하며 오차범위가 크다.

퍼포레이터법은 데시케이터법이 시료에서 가스로 휘산되는 포름알데히드 방출량을 측정하는 방법이라면, 시료에 존재하는 모든 포름알데히드 방출량을 측정하는 방법이다.

즉, 퍼포레이터법은 공기를 순환시켜 공기 중에 포함된 포름알데히드를 물에 포집하여 아세틸아세톤법으로 분석하는 것으로 이 방법 역시 오차범위가 크며 VOC는 측정할 수가 없다.

최근 일본에서 소형챔버법의 표준규격을 정하고 2003년 7월 1일부터 시행하고 있다.

이 방법은 카본필터를 통과한 공기를 온도, 습도 조절장치를 통과하여 소형챔버로 공급하는 방법으로써, VOC의 측정이 가능하다.

그러나, 소형챔버법의 문제점은 공급되는 유량을 항상 일정하게 유지하지 못한다는 것이다.

유량은 챔버 내부 환기 회수 규정에 의해 0.5±0.05회/h로 규정되어 있다.

수동 유량계로 조절하는 방식을 이용하고 있어 포집기의 농도가 올라갈수록 유량이 감소하는 현상이 발생되며 시험자가 계속해서 유량을 보정해야 하는 불편함이 있으며 수동이라 오차범위도 크다.

또한, 유량이 정확하지 않아 온도와 습도가 달라지는 현상이 발생하여 각 구간에서 측정한 데이터를 기록할 수 있는 기록계가 없어 시험법에 대한 자료를 공유할 수가 없다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 시험방법의 공유가 가능하도록 소형챔버입구, 출구에 질량제어유량계를 사용하여 항상 일정한 유량이 통과할 수 있도록 환기회수를 안정화하고, 시험별 시간별, 각 부분의 데이터를 기록계에 저장, 출력할 수 있는 VOC 포집장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부공기를 흡입하도록 컴프레서를 포함하는 흡입부; 상기 흡입부로 흡입된 공기를 필터링하는 필터부; 일정한 수온의 증류수에 상기 필터부를 통과한 공기를 통과시켜 온도 및 습도를 상승시키는 항온수조; 상기 항온수조에 연결되어 공기의 온도를 소정의 온도로 변화시키는 열교환기; 상기 열교환기에 연결되어 공기의 유량을 제어하는 전질량제어유량계; 상기 전질량제어유량계에 연결되고 내부에 측정하고자 하는 건축자재가 내장되는 적어도 하나 이상의 소형챔버; 상기 소형챔버에서 나오는 공기가 통과하여 소형챔버에서 발생하는 오염공기를 포집하는 포집기; 상기 소형챔버를 포함할 수 있는 용적을 가지고 소정의 온도를 유지하는 항온챔버; 및 상기 포집기와 연결되어 공기의 배출하는 배기펌프와 상기 배기펌프에 연결되어 공기의 유량을 제어하는 후질량제어유량계를 가지는 배출부를 포함하는 VOC 포집장치이다.

상기의 필터부는 헤파필터와 카본필터와 멤프레인필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 항온수조에는 가열히터와 냉각코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.또한, 항온수조에는 증류수 보충 및 압력조절을 위한 보조물통이 연결되고, 상기 보조물통과 항온수조 사이에는 조절밸브 및 솔레노이드밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기의 열교환기에는 냉각으로 인한 응결된 증류수를 배출하는 드레인과 상기 드레인에 배출되는 증류수를 제어하는 솔레노이드밸브가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 소형챔버에는 온도측정기가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 항온챔버에는 가열히터와 냉각코일과 순환팬을 설치하는 것을 특징으로한다.

상기에서 항온수조 내부의 습도 제어는 항온수조 내부 공기가 이슬점온도가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다.

외부 공기는 컴프레서(10)에 의해 강제적으로 본 발명의 실시예 내부로 흡입된다.

상기의 외부공기에는 미세먼지 등이 포함될 수 있으므로, 상기 컴프레서(10)에 필터부가 연결된다.

본 발명에 사용되는 필터부는 외부공기가 헤파필터(20, Hepa filter)와 카본필터(21, Carbon filter)와 멤프레인필터(22, Membrane filter)를 포함하여 구성되어, 필터부를 통과한 공기가 청정공기가 되도록 한다.

상기 필터부를 통과한 공기는 습도 제어를 위해 항온수조(30)에 넣어진다. 상기 항온 수조(30)는 흡입된 공기를 기정(旣定)된 습도와 온도를 가지도록 하기 위함이다.

항온수조(30)는 냉각코일(32)과 가열히터(33)를 포함하며, 수조내부에는 증류수(31)가 50~70% 채워져 있어서, 50%RH의 습도를 맞추기 위해 가열히터(32) 또는 냉각코일(31)의 출력을 제어하는 방식을 사용하고 있다.

즉, 항온수조(30) 내부의 습도 제어는 항온수조 내부 공기가 이슬점온도가 되도록 가열히터(32) 또는 냉각코일(31)의 출력을 제어하는 것이다.

가열히터(33)는 간단히 전기저항히터를 이용할 수 있다. 따라서, 전기저항히터에 유입되는 전하량의 조절로 간단히 발열량을 조절할 수 있다.

냉각코일(32)은 냉각장치(110) 중 주위로부터 열을 흡열하는 기구이며, 그 외의 구성은, 통상적인 냉각장치와 마찬가지로써, 응축기(113), 컴프레서(118), 증발기(115)를 포함한다. 상기 구성요소 외에 응축기(113)의 방열을 도와주는 팬(112)과 팬스피드제어기(111), 냉매를 저장하는 냉매저장용기(119), 표시창(116), 응축기(113)에서 나온 응축된 냉매를 보관하여 필요에 따라서 증발기(115)에 필요한 냉매를 일정하게 공급해주는 모으는 수액기(114), 냉각코일(32)로부터 냉매를 일시적으로 수용하는 액분리기(117)를 포함한다.

또한 조절밸브(72)는 냉동코일(32)에서 나오는 냉매의 양을 조절하여 냉각성능을 조절한다.

항온수조(30)의 증류수(31)를 자동적으로 공급하기 위해 보조물통(34)을 부착하여 시험중 소요된 증류수(31)가 자동적으로 충전될 수 있도록 물공급배관으로 연결되어 있으며, 솔레노이드밸브(35) 및 조절밸브(37)가 부착되어져 있다.

따라서, 보조물통(34)을 항온수조(30)보다 높은 곳에 위치시키고, 보조물통(34)과 항온수조(30)를 밸브가 형성된 관로로 연결하여, 밸브만 개방되면 보조물통(34) 내부의 증류수가 항온수조(30)로 이동할 수 있도록 한다.

또한, 항온수조(30)와 보조물통(34) 사이에는 기압조정을 위한 배관이 있으며, 솔레노이드밸브(36) 및 조절밸브(38)가 부착되어져 있다.

보조물통(34) 및 항온수조(30)에서 물공급배관보다 기압조정을 위한 배관이 높은 위치에 설치되어 있다.

상기 솔레노이드밸브(35,36)는 항온수조(30) 내부에 있는 레벨센서(도시생략)의 신호에 의해 개폐되어진다.

보조물통(34)에는 증류수보급용 관이 연결되어 있으며, 밸브(39)에 의해 개폐된다.

상기 항온수조(30)를 통과한 공기는 온도 및 습도가 상승된다. 이때 온도는 요구되는 온도보다 높은 온도로 한다. 왜냐하면, 공기의 온도가 상승해야 많은 수증기를 함유시킬 수 있어 습도조절이 용이하기 때문이다.

소량의 유량일 때 기존의 기화식 가습이나 습식 가습방식으로는 50±5%RH를 맞출 수가 없다. 그러나, 본 발명의 증류수가 들어간 항온 수조 내에서 냉각과 가열로 물온도를 컨트롤한 후 버블링을 통해 공급하기 때문에 50±3%RH까지 제어가 가능하다.

따라서, 상기 과열되고 수분을 많이 포함하는 공기는 관로를 지나 열교환기(44)에서 방열시켜 온도를 낮춘다. 이 때, 포함하고 있는 수증기가 응결된 것은 드레인시킨다. 드레인 조작은 솔레노이드밸브(43)의 개폐에 의한다.

상기 열교환기(44)를 통과한 온도 및 습도가 조절된 공기는 전질량제어유량계(45)에서 유량이 제어되어 소형 챔버(51,55)로 공급되어 진다.

본 발명의 실시예는 소형챔버를 2개 설치하였으며, 더 많이 설치하는 것도 가능하며, 일반적으로 4개 또는 8개가 설치된다.

이 때 소형챔버(51,55)로 공급되어지는 공기의 온도, 습도의 계측을 위해 열교환기(44) 후단에 온도센서(42) 및 습도센서(41)가 설치되어 지며, 검출된 데이터는 레코더에 기록되어 지고, 데이터는 상기 가열히터(33)과 냉각코일(32)를 조절하는 신호로 사용된다.

시험규격은 한국 청정협회 규격인 온도 25℃와 습도 50% RH를 규격으로 하며, 오차범위는 온도 25±1℃와 습도 50±5% RH로 규정한다.

소형챔버(51,55)에 공급되어진 공기는 소형챔버(51,55) 내부의 건축자재(도시생략)를 통과하여 포집기(54,57)를 통과시켜 VOC 및 포름알데히드, 카르보닐 화합물을 포집한다.

이 때 포집기(54,57)의 온도는 소형챔버(51,55)와 동일한 온도를 유지하여야 한다.

포집기(54,57)와 소형챔버(51,55)의 온도를 동일하게 하기 위해 본 발명에서는 항온챔버(50)를 만들어 소형챔버(51,55)를 항온챔버(50) 내부에 설치하였다.

항온챔버(50)는 냉각을 위한 냉각코일(70)과 가열히터(60)로 항상 소형챔버(50,51)와 동일한 온도를 유지한다. 또한, 순환팬(61)을 통해 지속적으로 항온챔버(50) 내부의 공기를 순환시킨다.

상기의 가열히터(60)는 간단히 전기저항히터를 이용할 수 있다. 따라서, 전기저항히터에 유입되는 전하량의 조절로 간단히 발열량을 조절할 수 있다.

상기의 냉각코일(70)은 냉각장치(100) 중 주위로부터 열을 흡열하는 기구이며, 그 외의 구성은, 통상적인 냉각장치와 마찬가지로써, 응축기(103), 컴프레서(108), 증발기(105)를 포함한다. 상기 구성요소 외에 응축기(103)의 방열을 도와주는 팬(102)과 팬스피드제어기(101), 냉매를 저장하는 냉매저장용기(109), 표시창(106), 응축기(103)에서 나온 응축된 냉매를 보관하여 필요에 따라서 증발기(105)에 필요한 냉매를 일정하게 공급해주는 모으는 수액기(104), 냉각코일(70)로부터 냉매를 일시적으로 수용하는 액분리기(107)를 포함한다.

또한 조절밸브(71)는 냉동코일(70)에서 나오는 냉매의 양을 조절하여 냉각성능을 조절한다.

상기 항온챔버(50)의 온도는 온도검출기(52)에 의해 센싱되어 상기 냉각코일(70) 또는 가열히터(60)를 작동시킨다.

소형챔버(51,55)로 공급되는 공기배관 경로는 완전 밀폐가 될 수 있도록 제작하며 외부로부터 전열을 통해 공기중의 수분이 응축되는 것을 방지하기 위해 철저한 보온작업을 하여 습도가 변하지 않도록 제작되어 진다.

소형챔버(51,55) 내부에 설치된 건축자재(도시생략)의 VOC나 포름알데히드, 카르보닐 화합물의 농도를 정확히 측정하기 위해 입구공기와 출구공기가 혼합되지 않는 구조로 제작되어 졌으며, 출구쪽에는 소형챔버(51,55) 내부의 온도변화를 측정하기 위해 온도검출기(54,56)가 내장되어 있다.

포집기(54,57)를 통과한 공기는 배기펌프(80,82)에 의해 질량제어유량계(81,83)를 통과하여 외부로 배출되어 진다.

소형챔버(51,55) 전단과 후단에 각각 질량제어유량계(45,81,83)를 설치하는 것은 소형챔버(51,55) 내부의 환기 회수를 정확하게 충족하기 위함이다.

상기 소형챔버(51,55)와 열교환기(44)를 포함하는 용적을 가지는 프리챔버(40)를 두어, 공기의 습도 및 온도 유지를 도와준다.

상기와 같이 구성하여, 측정하고자 하는 건축자재를 소형챔버에 설치하고 소정의 시간동안 포집기(54,57)에 통해 공기를 통과시키고, 포집기(54,57)를 채취하여 소형챔버를 통과하는 공기 유량 및 시험편의 표면적을 구해 시험대상인 건축자재의 단위면적당 VOC, 포름알데히드 및 카르보닐 화합물의 발산속도를 측정할 수 있다.

소형챔버(51,55) 내부를 일반적인 실내와 같이 환기를 실시하고 건축자재에서 발산되는 휘발성 유기화합물, 포름알데히드 및 다른 카르보닐 화합물을 측정한다.

JIS A 1901에 의하면 소형챔버(51,55)의 환기 회수는 0.5±0.05회/h이다. 상기의 환기회수는 전질량제어유량계(45)와 후질량제어유량계(81,83)의 제어로 유지할 수 있다.

본 발명의 실시예의 소형챔버(51,55)의 용적은 ASTM D 5116,1997(미국재료 시험협회)에서 챔버 용적의 하한을 20ℓ로 한다고 되어 있어 이것과 보조를 맞추었다.

상기의 발명을 통하여, 소형챔버입구, 출구에 질량제어유량계를 사용하여 항상 일정한 유량이 통과할 수 있도록 환기회수를 안정화하고, 시험별 시간별, 각 부분의 데이터를 기록계에 저장, 출력할 수 있는 VOC 포집장치를 제공함으로써, 시험방법의 공유가 가능하다.

이로 인해 동일한 시편에서 서로 다른 사람이 시험 및 분석을 하여도 오차발생 부분이 발생되는 곳을 확인할 수 있게 되었다.

현재 우리나라에서는 KS규격이 없다. 2004년 환경부와 공기청정협회에서 VOC에 대한 건축자재에 대한 규격을 제정할 것이다. 본 발명은 KS규격에 맞추어 독자적인 기술력 확보를 위해 ISO와 JIS, EN에서 발생된 문제점을 보완하여 정확한 샘플링 방법을 제시할 수 있다.

건축자재의 법제화에 따라 신축 또는 개축 후에 주택에서 화학물질로 인해 실내공기 오염에 따른 신체이상이 발생하는 사례를 억제하는데 한 축을 담당할 것이라 생각된다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 개념도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 컴프레서 20: 헤파필터

21: 카본필터 22: 멤프레인필터

30: 항온수조 31: 증류수

32: 냉각코일 33: 가열히터

34: 보조물통 35,36: 솔레노이드밸브

37,38: 조절밸브 39: 공급밸브

40: 프리챔버 41: 습도센서

42: 온도센서 43: 솔레노이드밸브

44: 열교환기 45: 전질량제어유량계

50: 항온챔버 51,55: 소형챔버

52,53,56: 온도측정기 54,57: 포집기

60: 가열히터 61: 순환팬

70: 냉각코일 71,72: 조절밸브

80,82: 배기펌프 81,83: 후질량제어유량계

100,110: 냉각장치 101,111: 팬스피드제어기

102,112: 냉각팬 103,113: 응축기

104,114: 수액기 105,115: 증발기

106,116: 표시창 107,117: 액분리기

108,118: 컴프레서 109.119: 냉매저장장치

Claims

외부공기를 흡입하도록 컴프레서를 포함하는 흡입부;

상기 흡입부로 흡입된 공기를 필터링하는 필터부;

일정한 수온의 증류수에 상기 필터부를 통과한 공기를 통과시켜 온도 및 습도를 상승시키는 항온수조;

상기 항온수조에 연결되어 공기의 온도를 소정의 온도로 변화시키는 열교환기;

상기 열교환기에 연결되어 공기의 유량을 제어하는 전질량제어유량계;

상기 전질량제어유량계에 연결되고 내부에 측정하고자 하는 건축자재가 내장되는 적어도 하나 이상의 소형챔버;

상기 소형챔버에서 나오는 공기가 통과하여 소형챔버에서 발생하는 오염공기를 포집하는 포집기;

상기 소형챔버를 포함할 수 있는 용적을 가지고 소정의 온도를 유지하는 항온챔버; 및

상기 포집기와 연결되어 공기의 배출하는 배기펌프와 상기 배기펌프에 연결되어 공기의 유량을 제어하는 후질량제어유량계를 가지는 배출부를 포함하는 VOC 포집장치.
제1항에 있어서, 필터부는 헤파필터와 카본필터와 멤프레인필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 VOC 포집장치.
제1항에 있어서, 항온수조에는 가열히터와 냉각코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 VOC 포집장치.
제1항에 있어서, 항온수조에는 증류수 보충 및 압력조절을 위한 보조물통이 연결되고, 상기 보조물통과 항온수조 사이에는 조절밸브 및 솔레노이드밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 VOC 포집장치.
제1항에 있어서, 열교환기에는 냉각으로 인한 응결된 증류수를 배출하는 드레인과 상기 드레인에 배출되는 증류수를 제어하는 솔레노이드밸브가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 VOC 포집장치.
제1항에 있어서, 소형챔버에는 온도측정기가 설치되는 것을 특징으로 하는 VOC 포집장치.
제1항에 있어서, 항온챔버에는 가열히터와 냉각코일과 순환팬을 설치하는 것을 특징으로 하는 VOC 포집장치.
제1항에 있어서, 항온수조 내부의 습도 제어는 항온수조 내부 공기가 이슬점온도가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 VOC 포집장치.