KR20150067845A - 라돈 가스의 집진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 중의 라돈 입자를 대전시키는 대전부; 및 상기 대전부에서 대전된 라돈 입자를 집진하는 집진부를 포함하는 라돈 가스의 집진 장치에 관한 것으로, 라돈 가스의 집진장치를 통해, 공기 중의 라돈 입자를 집진함으로써, 라돈 방사선에 의한 피폭에 따르는 폐암 발생률을 낮출 수 있다.

Description

라돈 가스의 집진 장치{A DUST COLLECTOR OF RADON GAS}

본 발명은 라돈 가스의 집진 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기 중의 유해한 라돈 물질을 집진할 수 있는 라돈 가스의 집진 장치에 관한 것이다.

라돈은 우라늄과 토륨의 붕괴산물인 라듐의 방사능 붕괴로 생기는 방사성원소로 무색, 무취인 불활성 가스이며, 지질환경(암석, 토양, 지하수)의 어디에서나 자연 발생되어 농집될 수 있다.

방사성 붕괴는 한 원소가 붕괴되어 양자, 중성자, 전자 등이 손실되어 다른 원소 형태로 분해되는 것을 말하며 이는 자연발생적으로 일어난다.

라듐은 라돈가스가 되면서 두 개의 양자와 중성자를 잃는데, 이때 손실되는 두 개의 양자와 중성자를 알파 입자라고 한다. 방사붕괴에는 알파 붕괴, 베타붕괴, 감마붕괴 등이 있으며, 이런 알파입자, 베타 입자 그리고 감마선을 방사하는 원소를 방사성 원소라 한다(Ball, 1991).

자연방사성원소 중 U-235, Th-232, U-238은 각각의 붕괴계열에서 Rn-219, Rn-220, 그리고 Rn-222의 세 동위원소를 만들어낸다.

Rn-219는 매우 짧은 반감기(약 3초)를 가지고, U-235의 붕괴계열에서 산출되며, 천연우라늄에서 0.7%를 차지한다. 그러므로 대부분의 지질학적 근원으로부터 생기는 가스에 포함되어있는 Rn-219의 양은 매우 한정적이다.

Rn-220은 54.7초의 반감기를 가지고, Th-232 붕괴계열에 속한다. Rn-222(라돈)는 3.825일의 반감기를 가지고, U-238의 붕괴계열에 속하며, 45억년의 반감기가 지난 후 최종적으로 동위원소 Pb-206이 될 때까지 지질학적 환경에서 여러 요인과 결합하여 방사성 가스로 작용한다.

Rn-222의 모원소인 Ra-226은 약 1,622년의 긴 반감기를 가지며, 풍화작용에서 우라늄보다 유동성이 작다. Ra-226의 긴 반감기와 안정성이라는 두 가지 특성 때문에 가장 큰 관심사인 Rn-222 동위원소가 상당량 만들어지게 되는 것이다.

한편, 이러한 라돈이 환경 기준치 이상 농집된 공기를 호흡하거나, 물을 마시는 경우에 폐로 흡입된 라돈은 체내로 들어가 폐암을 유발하는 것으로 알려졌다.

미국 환경보호국(EPA)에 의하면 라돈(Rn-222) 농집의 환경기준치는 공기중에서는 4pCi/L이며, 음용지하수에서는 10,000pCi/L이다. 환경 기준치 이상의 라돈이 농집된 공기를 호흡하거나 물을 마시는 것은 라돈의 무색, 무취한 특성 때문에 장기적인 노출이 될 수 있고 따라서 건강을 해칠 확률은 매우 높다.

우리나라에서도 2004년 5월 30일 발효된 “다중이용시설 등의 실내공기질 관리법”을 통하여 총 10개의 관리대상 오염물질과 함께 라돈이 관리되기 시작하였으며, 같은 해 6월에는 “연속 모니터 측정법을 주 시험방법으로 하는 2년 주기의 8시간 측정”을 주요 내용으로 하는 공정시험법이 고시된 바 있다.

라돈 관리의 목적은 라돈 방사선에 의한 피폭에 따르는 폐암 발생률을 낮추기 위한 것으로, 따라서, 이러한 라돈에 대한 폐해를 줄이고자 공기 중에 포함된 라돈을 집진할 수 있는 집진 장치의 개발이 시급한 실정이다.

한국 등록 특허 10-0957116

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공기 중에 포함된 라돈을 집진할 수 있는 집진 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 공기 중의 라돈 입자를 대전시키는 대전부; 및 상기 대전부에서 대전된 라돈 입자를 집진하는 집진부를 포함하는 라돈 가스의 집진 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 집진부는, 절연층이 피복된 도전층을 갖는 고전압전극; 및 상기 고전압전극과 간극을 유지하도록 적어도 하나의 돌기를 갖는 저전압전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 라돈 가스의 집진 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 돌기는 상기 도전부에서 상측으로 돌출되는 적어도 두 개 이상의 상측돌기 및 상기 도전부에서 하측으로 돌출되는 적어도 두 개 이상의 하측돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 라돈 가스의 집진 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 저전압전극은 탄소섬유층을 포함하는 것을 특징으로 하는 라도 가스의 집진 장치를 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 라돈 가스의 집진장치를 통해, 공기 중의 라돈 입자를 집진함으로써, 라돈 방사선에 의한 피폭에 따르는 폐암 발생률을 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 라돈 가스의 집진 장치의 기본적 원리를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 라돈 가스의 집진 장치의 집진부를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 라돈 가스의 집진 장치의 전극을 나타낸 도면으로, 도 3a는 분리사시도이고, 도 3b는 결합 평면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 라돈 가스의 집진 장치의 기본적 원리를 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 라돈 가스의 집진 장치의 집진부를 도시한 개략적인 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 라돈 가스의 집진 장치는 공기 중의 라돈 입자를 전리시키는 대전부(10)와, 대전부(10)에서 대전된 라돈 입자를 집진하는 집진부(20)를 포함한다.

상기 대전부(10)는 텅스텐 재질의 가는 와이어 형상으로 이루어져 양극을 형성하는 방전선(11)과, 방전선(11)과 일정한 높이차를 두고 상하로 설치되어 음극을 형성하는 한 쌍의 방전대응극판(12)을 포함할 수 있다.

고전압을 상기 방전선(11)에 인가하면 상기 방전선(11)과 상기 방전대응극판(12) 사이에 형성된 높은 전위차에 의하여 전류가 흐르기 시작하면서 코로나 방전이 일어나 화살표 방향과 같이 흐르는 공기 중의 라돈 입자를 대전시키게 된다.

이때, 상기 방전선(11)과 방전대응극판(12)은 일정간격으로 나란히 복수 개가 설치될 수 있다.

집진부(20)는 대전부(10)에서 대전된 라돈 입자를 포집하기 위하여 고전압전극(100)과 저전압전극(200)을 교대로 적층함으로서 형성된다.

고전압을 상기 방전선(11)에 인가하면 상기 방전선(11)과 상기 방전대응극판(12) 사이에 형성된 높은 전위차에 의하여 전류가 흐르기 시작하면서, 코로나 방전이 일어나 공기 중의 라돈 입자를 플러스(plus)로 대전시킨다.

이때, 플러스(plus)로 대전된 라돈 입자는 상대적으로 마이너스(minus)측의 저전압전극(200)에 포집되게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 저전압전극(200)을 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 저전압전극(200)은 전극층(201) 및 상기 전극층(201)의 외면에 위치하는 탄소섬유층(204)을 포함한다.

보다 구체적으로 상기 탄소섬유층(204)는 상기 전극층(201)의 제1면에 위치하는 제1탄소섬유층(202) 및 상기 전극층(201)의 제2면에 위치하는 제2탄소섬유층(203)을 포함한다.

즉, 본 발명에서 상기 저전압전극(200)은 탄소섬유층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

라돈은 기체 상태로 궤도에 전자가 다 차 있으므로 화학적으로는 중성이며 불활성기체에 해당하며, 전자 친화력은 영에 가깝고, 다른 원소들보다 높은 이온화 전위를 가지고 있다.

그러므로, 이들 원소는 정상 상태에서 전자를 잃거나 얻지를 못하고 여러 가지의 결합을 이루기가 어려워 단독으로 존재하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 고전압방전방법으로 중성인 라돈 기체를 전자를 한 개를 방전으로 빼내어 (+)이온의 라돈 입자를 만들어 저전압전극에 포집시킬 수 있다.

이때, 본 발명에서는 상기 저전압전극은 탄소섬유층을 포함하여 구성함에 의하여, 보다 효과적으로 라돈 가스를 저전압전극에 포집시킬 수 있다.

즉, 저전압전극으로 일반적인 금속만으로 구성하는 경우, 라돈은 전극의 표면에만 포집되게 된다.

하지만, 본 발명에서는 상기 저전압전극은 상기 전극층(201)의 외면에 위치하는 탄소섬유층(204)을 포함하고, 상기 탄소섬유층은 내부에도 일정공간을 포함하고 있기 때문에, 탄소섬유층의 표면에 라돈이 포집될 수 있을 뿐만 아니라, 그 내부에도 라돈이 포집될 수 있다.

또한, 상기 탄소섬유층, 예를 들면, 제1탄소섬유층(202)의 제1면(202a)(상면)과 제2면(202b)(하면)은 두께에 따라, 전압강하에 따른 상이한 저항값이 발생하고, 따라서, 제1면과 제2면의 저항의 차이에 의해 제1면과 제2면간의 전계의 발생에도 차이가 발생하게 되므로, 이러한 전계의 차이는 라돈의 포집에 있어, 라돈의 가속화(도 2의 A 방향)를 유도할 수 있다.

예를 들어, 제1면의 표면에 도달한 라돈 입자는 가속화에 의해 탄소섬유층의 내부 또는 제2면까지 도달하는 것이 용이하게 될 수 있으며, 따라서, 이러한 가속화에 의해 동일한 시간 동안 더 많은 양의 라돈 입자를 포집할 수 있게 된다.

즉, 탄소섬유층의 두께가 증가할수록 제1면과 제2면의 전압강하에 따른 저항값의 차이가 발생하게 되고, 결국, 상기 탄소섬유층은 다중 그리드 역할을 하게 되어, 라돈 이온이 점차적으로 가속되어 지게 되므로, 예를 들면, 상기 탄소섬유층의 내부를 통과하여, 상기 전극층의 표면에 까지 보다 신속한 포집이 일어날 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 라돈 가스의 집진 장치의 전극을 나타낸 도면으로, 도 3a는 분리사시도이고, 도 3b는 결합 평면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 라돈 가스의 집진 장치의 전극은 대전부(10)에서 대전된 라돈 입자를 집진하기 위한 기본 구성인 집진전극(M)을 적층함으로서 형성된다.

집진전극(M)은 절연층(110)이 피복된 도전층(120)를 갖는 고전압전극(100)과, 플라스틱 필름이 피복되지 않은 도전부(210)를 갖는 저전압전극(200)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 저전압전극(200)에는 상기 고전압전극(100)과의 간극을 유지하기 위하여 도전부(210)와 일체로 돌기(220)가 형성된다.

상기 고전압전극(100)은 동일한 크기의 장방형 제1절연층(111)과 제2절연층(112)을 중첩하여 구성된다. 제1절연층(111)과 제2절연층(112)의 사이에는 도전성 도료로 도포된 도전층(120)가 형성된다. 도전성 도료는 전기전도성이 좋은 재료로 예를 들면 금속, 탄소 등으로 구비될 수 있다. 절연층(110)은 전기가 통하지 않는 절연체 수준으로 체적 저항율과 표면 저항율이 높은 재료로 구비될 수 있다. 여기서, 절연층(110)은 플라스틱 필름으로 구비될 수 있다.

상기 도전층(120)는 사방에서 제1 및 제2절연층(111,112)보다 약간 좁게 형성될 수 있다.

즉, 고전압전극(100)의 가장자리에 형성된 모서리부(130)에는 수 밀리미터(mm)의 단위로 도전성 도료가 도포되지 않게 된다. 그리고, 모서리부(130)는 돌기(220)에 밀착되지 않는 제1모서리부(131)와, 돌기(220)에 밀착되는 제2모서리부(132)로 구분된다.

또한, 상기 저전압전극(200)에는 도전성 도료로 도포된 도전부(210)가 형성된다. 도전부(210)는 전기전도성이 좋은 재료로 구성된다. 도전부(210)은 미소 방전이 발생해도 파손되지 않도록 스테인레스(SUS)나 알루미늄 등 한 장의 금속제 필름으로 구비될 수 있다.

즉, 상기 저전압전극(200)은 저전압전극(200)의 표면에 발생하는 전계 강도의 저하를 피하기 위하여 플라스틱 수지 등의 절연물이 포함되지 않도록 한다. 따라서, 저전압전극(200)은 고전압전극(100)과 같은 크기로 형성되어 플러스(plus)로 대전된 라돈 입자를 포집하게 된다.

상기 저전압전극(200)에는 상기 고전압전극(100)과의 간극을 유지하는 돌기(220)가 일체로 형성될 수 있다.

상기 돌기(220)는 전기가 통하지 않는 절연체 수준의 플라스틱 수지로 구비될 수 있으며, 또한, 상기 돌기(220)는 도전부(210)의 양면에서 소정 간격을 두고 돌출 형성되는 구조일 수 있다.

상기 도전부(210)의 양면에 형성된 각 돌기(220)가 고전압전극(100)과 밀착되어 접하면서 양 전극(100,200) 사이의 간극을 유지시키고, 돌기(220) 사이에 만들어지는 통로를 통해 공기가 원활하게 빠져나갈 수 있게 된다.

이때, 상기 돌기(220)는 제2모서리부(132)와 접촉하는 삼각돌기로 구성될 수 있으며, 상기 삼각돌기는 고전압전극(100)과 선을 이루는 형태로 접촉되어 양 전극 간의 접촉면적이 작게 되도록 할 수 있다.

또한, 상기 돌기(220)는 상기 도전부(210)에서 상측으로 돌출되는 적어도 두 개 이상의 상측돌기(221H, 222H)와, 상기 도전부(210)에서 하측으로 돌출되는 적어도 두 개 이상의 하측돌기(221L, 222L)를 포함할 수 있다.

상기 상측돌기(221H, 222H)는 도전부(210)의 일측에 형성되는 제1상측돌기(221H)와, 도전부(210)의 타측에 형성되는 제2상측돌기(222H)로 구성될 수 있으며, 또한, 상기 하측돌기(221L,222L)는 도전부(210)의 일측에 형성되는 제1하측돌기(221L)와, 도전부(210)의 타측에 형성되는 제2하측돌기(222L)로 구성될 수 있다.

상측 및 하측돌기(221H, 222H, 221L, 222L)는 양 전극 사이의 간극을 유지하기 위하여 다수개가 도전부(210)의 양면에 걸쳐서 배열되는데, 상측돌기(221H, 222H) 사이의 거리 및 하측돌기(221L, 222L) 사이의 거리는 서로 동일하게 마련될 수 있다.

이때, 제1상측 및 제2상측돌기(221H, 222H)는 각각 마주보면서 행과 열을 이루어 나란히 배열될 수 있고, 또한, 제1하측 및 제2하측돌기(221L,222L)는 각각 마주보면서 행과 열을 이루어 나란히 배열될 수 있다.

또한, 제1하측 및 제2하측돌기(221L, 222L)는 각각 제1상측 및 제2상측돌기(221H, 222H) 사이 거리(L1)의 L1/2의 위치에서 나란히 배열될 수 있다.

따라서, 고전압전극(100)과 접하는 제1상측 및 제2상측돌기(221H, 222H)는 저전압전극(200)을 매개로 고전압전극(100)과 접하는 제1하측 및 제2하측돌기(221L, 222L)에 의하여 지지될 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 라돈 가스의 집진 장치는 공기 중의 라돈 입자를 전리시키는 대전부(10)와, 대전부(10)에서 대전된 라돈 입자를 집진하는 집진부(20)를 포함할 수 있다.

상기 라돈 입자는 폐암의 주 원인이 되는 것으로, 본 발명에서는 라돈 가스의 집진장치를 통해, 공기 중의 라돈 입자를 집진함으로써, 라돈 방사선에 의한 피폭에 따르는 폐암 발생률을 낮출 수 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10 : 대전부 20 : 집진부
100 : 고전압전극 110 : 플라스틱 필름
120 : 도전층 200 : 저전압전극
210 : 도전부 220 : 돌기

Claims (4)

1. 공기 중의 라돈 입자를 대전시키는 대전부; 및
   상기 대전부에서 대전된 라돈 입자를 집진하는 집진부를 포함하는 라돈 가스의 집진 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 집진부는, 절연층이 피복된 도전층을 갖는 고전압전극; 및 상기 고전압전극과 간극을 유지하도록 적어도 하나의 돌기를 갖는 저전압전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 라돈 가스의 집진 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 돌기는 상기 도전부에서 상측으로 돌출되는 적어도 두 개 이상의 상측돌기 및 상기 도전부에서 하측으로 돌출되는 적어도 두 개 이상의 하측돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 라돈 가스의 집진 장치.
4. 상기 저전압전극은 탄소섬유층을 포함하는 것을 특징으로 하는 라돈 가스의 집진 장치.

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