KR20160129773A - 중금속 연속 측정장치 - Google Patents

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KR20160129773A
KR20160129773A KR1020160053306A KR20160053306A KR20160129773A KR 20160129773 A KR20160129773 A KR 20160129773A KR 1020160053306 A KR1020160053306 A KR 1020160053306A KR 20160053306 A KR20160053306 A KR 20160053306A KR 20160129773 A KR20160129773 A KR 20160129773A
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Abstract

중금속 연속 측정장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부의 공기가 유입되는 유입구; 상기 유입구와 결합되고, 상기 공기를 흡입하기 위한 흡입부; 상기 흡입부에 장착되고, 상기 공기의 습도를 제어하는 히터모듈; 상기 흡입부의 하부에 형성되고, 상기 채취된 중금속을 수용하는 필터부; 상기 필터부에서 사용되는 필터를 이송하는 이송부; 상기 필터부를 통과하는 상기 공기의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 센싱하는 센서모듈;을 포함하고, 상기 센서모듈은 상기 필터부에 연결되는 통로에 부착되며 상기 통로를 흐르는 상기 공기가 흐르는 방향은 상기 센서모듈의 센싱 표면과 평행한, 중금속 연속 측정장치가 제공된다.

Description

중금속 연속 측정장치{APPARATUS FOR SEQUENTIAL MEASURING OF HEAVY METAL}
본 발명의 실시예는 대기중 중금속 연속 측정장치에 관한 것이다.
대기중 중금속 물질 분석은 현재 국외 장비에 모두 의존하고 있으며 대부분은 개별 샘플링을 통해 전처리 후 실험실 수동 분석이 이루어지고 있어 평가에는 많은 시간 및 인력이 소요된다. 국내 아이에스피 등 3개사 등에서 수동분석장치의 개발 및 상용화가 진행되었으나 자동연속측정장치의 연구개발은 진행된 바 없다. 동시분석가능 물질의 수가 제한적이며 많은 분석시간을 통한 일부물질의 최소검출한계 획득이 가능하다. 중금속 연속측정장치는 대부분 에너지분산형 검출기를 탑재하고 있으나 검출된 펄스신호 처리를 위한 프로세서 방식에는 장비에 따라 차이점이 있다.
샘플 유량제어기술은 일반적인 실시간 먼지측정기에 정밀도가 높은 MFC 또는 pump 전단에 필터링을 통한 질량유량계 제어방식을 사용하나 국외의 중금속 연속측정장치는 valve motor 제어방식으로 이루어져 있어 변동율이 다소 높고 유지보수의 소요가 존재한다. 그래서 대기중 중금속 물질 분석장치의 유량제어기술은 PWM(Pulse Width Modulation)제어 방식으로 유량을 제어하며 유량변동률은 F.S 2%이다. PWM 제어방식의 구성은 MFM(Mass Flow Meter)과 DC PUMP와 고성능의 MCU(Micro Control Unit)로 이루어져있다.
필터이송을 하는 이송장치는 PTFE(테프론)소재의 시료필터를 이송하여 샘플링 및 분석을 한다,
이송장치의 정위치 제어는 Stepping Motor 2개를 이용하여 샘플링 위치 및 분석 위치를 정밀 제어 한다,
다소 긴 분석시간에 따라 X선 튜브에 공급되는 고전압 및 전류의 지속시간이 길어 액세서리의 수명이 1~2년 주기로 짧다.
한편, 중국에서 개발된 장비는 분석시간을 줄여 X선 튜브의 공급전압을 조절하게 설계되었으나 검출성능이 떨어지는 단점이 있다. 사용자 interface의 경우 H/W 제어 및 분석 소프트웨어가 분리되어 작동에 다소 불편한 점이 존재한다.
한국등록특허공보 제10-0862332호(2008.10.23) 한국등록특허공보 제10-0884549호(2009.02.12) 한국등록특허공보 제10-1417635호(2014.07.02)
본 발명의 실시예들은 장치 내에 공기의 온도, 습도 및 압력을 측정하는 센서모듈을 부착하여, 정확히 측정하는 중금속 연속 측정장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 센서모듈의 센싱 표면이 공기가 흐르는 방향과 평행하게 부착되어, 공기가 일정하게 흐를 수 있는 중금속 연속 측정장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 센서모듈과 히터모듈이 연동되어 작동되며, 히터모듈에 선택적으로 전원이 공급되는 중금속 연속 측정장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 히터모듈과 온도센서를 일체형으로 하여 히터 온도를 실시간으로 측정하는 중금속 연속 측정장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 흡입되는 습도를 제어함으로써, 중금속 검출 성능을 향상시킬 수 있는 중금속 연속 측정장치를 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 중금속 연속 측정장치는, 외부의 공기가 유입되는 유입구; 상기 유입구로 유입되는 상기 공기의 습도를 제어하는 히터모듈; 상기 공기 중 중금속을 검출하는 중금속 분석 모듈; 상기 중금속을 수용하는 필터부; 상기 필터부에서 사용되는 필터를 이송하는 이송부; 상기 필터부를 통과하는 상기 공기의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 센싱하는 센서모듈;을 포함하고, 상기 센서모듈은 상기 필터부에 연결되는 통로에 부착되며 상기 통로를 흐르는 상기 공기가 흐르는 방향은 상기 센서모듈의 센싱 표면과 평행할 수 있다.
상기 히터모듈 및 상기 센싱모듈이 연동되어 작동될 수 있다.
상기 센서모듈은 반도체 센서로 형성될 수 있다.
상기 반도체 센서는 온도 및 습도를 센싱할 수 있다.
상기 반도체 센서는 압력을 더 센싱할 수 있다.
상기 센싱모듈은 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 일체형 센싱모듈은 상기 통로에 마운팅(mounting)되어 배치될 수 있다.
상기 센서모듈에 의해 센싱되는 공기의 온도, 습도 및 압력 값에 따라 상기 히터모듈을 제어하는 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 장치 내에 공기의 온도, 습도 및 압력을 측정하는 센서모듈을 부착하여, 이를 정확히 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 센서모듈의 센싱 표면이 공기가 흐르는 방향과 평행하게 부착하여, 공기가 일정하게 흐를 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 센서모듈과 히터모듈이 연동되어 작동되어, 히터모듈에 선택적으로 전원이 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 흡입되는 공기의 습도를 제어함으로써, 정확한 중금속 측정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 연속 측정장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터모듈 및 센서모듈의 흐름도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 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 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 연속 측정장치(10)의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 중금속 연속 측정장치(10)는 대기중 중금속 외부의 공기가 유입되는 유입구(30), 공기의 습도를 제어하는 히터모듈(40), 공기 중 중금속을 분석하는 중금속 분석 모듈(50), 중금속을 수용하는 필터부(60), 필터부(60)를 통과하는 공기의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 센싱하는 센서모듈(70) 및 공기가 통과하는 통로(80)를 포함할 수 있다.
또한, 중금속 연속 측정장치(10)는 중금속을 흡입하기 위한 유량 제어 장치(110), 전체 장치를 제어하기 위한 제어 장치(120) 및 전압 발생 장치(130)도 포함할 수 있다.
유량 제어 장치(110)는 통로(80) 내의 공기 유량을 일정하게 유지하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 중금속 물질의 측정을 위해서는 장치 내의 성능을 일정하게 유지하여야 한다. 이때, 성능을 유지하려면, 통로(80) 내의 공기 유량을 유지하여야 한다. 즉, 통로(80) 내의 공기 유량을 일정하게 유지시켜야 균일한 시료가 채취될 수 있다. 유량 제어 장치(110)는 통로(80) 내의 공기 유량을 일정하게 유지하는 역할을 한다. 구체적으로, 중금속 물질의 검출 성능을 향상시키기 위해서는 중금속 분석 모듈(50)의 성능을 일정하게 유지하여야 한다. 이 때, 중금속 분석 모듈(50)의 성능을 일정하게 유지하려면, 통로(80) 내의 공기 유량을 일정하게 유지해야 된다. 즉, 통로(80) 내의 공기 유량을 일정하게 유지시켜야 공기 중 중금속을 측정할 수 있다.
제어 장치(120)는 장치 외부의 온도, 습도 및 대기압을 센싱하기 위한 온도 센서(141), 습도 센서(143), 대기압 센서(145)를 포함할 수 있으며, 이를 제어할 수 있다. 나아가, 제어 장치(120)는 장치 내에 마련된 센서모듈(70)을 제어할 수 있다.
공기는 유입구(30)로부터 유입될 수 있으며, 통로(80)를 통해 이동될 수 있다. 공기를 흡입시키기 위한 펌프(미도시)가 배치될 수 있다. 펌프는 장치 내에 위치되거나 장치 외부에도 위치될 수 있다. 이에 따라, 유입구(30)와 히터모듈(40)에 연결되는 통로(80)에 펌프(미도시)가 마련될 수 있다. 펌프와 통로(80)를 연결하는 펌프연결부(미도시)가 형성될 수 있다. 펌프연결부가 펌프에 연결되어 통로(80)측으로 흡입력을 전달할 수 있다. 통로(80)는 흡입되는 공기의 이동경로를 방해하지 않는다면, 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 더 나아가, 내부가 빈 박스형상, 링형상, 부채꼴 형상, 직선형 또는 막대형상으로 형성될 수 있다.
통로(80)의 외측에는 히터모듈(40)이 밀착되어 배치될 수 있다. 또한, 히터모듈(40)은 온도유지부재(미도시)를 포함할 수 있다. 온도유지부재는 열전소자일 수 있으며, 코일형으로 형성되거나 지그재그형으로도 형성될 수 있다. 이에 따라, 온도유지부재는 통로(80)의 외곽을 따라 히팅 코일로 감싸서 형성될 수 있다. 이는, 고온에서의 환경에서도 열팽창 또는 수축을 자체적으로 흡수할 수 있어 단선 등의 고장이 발생하지 않을 수 있으며, 온도 전달 효율을 향상시킬 수 있따. 또한, 히터모듈(40)은 온도휴즈 및 바이메탈 소자를 포함할 수 있다. 이는, 비정상적인 동작으로부터 생기는 고온을 감지하여, 히터모듈(40)을 보호할 수 있다.
히터모듈(40)은 공기의 습도를 제어할 수 있다. 이는, 후술할 센서모듈(70)은 히터모듈(40)과 연동되어 작동될 수 있다. 예를 들면, 장치내의 습도가 기 설정된 습도를 초과하는 경우, 히터모듈(40)을 작동시켜 장치내의 습도를 낮출 수 있다. 이는, 히터모듈(40)을 제어하는 스위치(42)에 의해 히터모듈(40)이 작동될 수 있다. 따라서, 히터모듈(40)에 불필요한 전원을 공급하여 전력손실을 방지할 수 있다.
스위치(42)는 센서모듈(70)에 의해 센싱되는 공기의 온도, 습도 및 압력 값에 따라 히터모듈(40)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위치(42)는 밸브로도 형성될 수 있다. 예를 들면, 볼 밸브(ball valve), 글로브 밸브(globe valve), 게이트 밸브(gate valve), 버터플라이 밸브(butterfly valve) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
히터모듈(40)은 스위치(42)에 의해 작동될 수 있다. 이에 따라, 공기의 습도를 제어할 수 있다. 나아가 스위치(42)를 작동시키는 모터(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 모터 구동을 위한 전원부(미도시)가 장치 외부 또는 내부에 배치될 수 있다. 전원부는 공기의 온도, 습도 및 압력을 센싱되는 측정결과에 따라 흡입되는 공기의 습도가 제어되어야 할 경우, 모터에 전원을 공급할 수 있다.
중금속 분석 모듈(50)은 공기 중에 포함되어 있는 중금속 물질을 검출할 수 있다. 중금속 분석 모듈(50)은 튜브(미도시)와 검출기(미도시)를 포함할 수 있다. 중금속은 엑스선 형광법을 이용하여 측정될 수 있다. 먼저, 튜브에서는 엑스선이 발생될 수 있으며, 발생된 엑스선은 시료(즉, 중금속이 포함된 공기)에 조사될 수 있다. 여기서, 엑스선은 중금속을 측정하기 위해 중금속의 이온결합 에너지보다 더 큰 에너지의 엑스선을 조사해야 된다. 엑스선을 조사하여 물질을 구성하고 있는 원자들이 외부에서 충분한 에너지를 받으면 그 원자의 특성이 반영되는 2차 엑스선이 발생되는데 이를 형광 엑스선이라 한다. 형광 엑스선에 의해 공기 중 포함되어 있는 중금속이 검출될 수 있다.
검출기는 형광 엑스선의 에너지를 검출하고, 검출 신호를 신호처리기 및 연산 장치로 전송할 수 있다. 신호처리기 및 연산장치는 검출 신호를 분석하여 공기에 포함된 중금속을 성분을 분석할 수 있다. 이에 따라, 중금속의 정량 및 정성을 분석하여 공기에 포함되어 있는 중금속을 검출 및 분석할 수 있다.
전압 발생 장치(130)는 중금속 분석 모듈(50)의 튜브로 전압을 공급할 수 있다. 전압 발생 장치(130)는 소프트 스타트 및 소프트 스톱 방식을 이용하여 튜브로 전압을 공급할 수 있다. 소프트 스타트 및 소프트 스톱 방식을 채택함으로써 튜브에 순간적인 전압, 전류를 인가하여 형광엑스선이 빨리 비산되지 않아 정확한 중금속 측정이 가능하다.
필터부(60)는 중금속을 수용할 수 있다. 필터부(60)에서 사용되는 필터는 테프론(PTFE) 소재를 사용할 수 있다. 센서모듈(70)은 필터부(60)와 연결되는 통로(80)에 부착되며, 통로(80)를 흐르는 공기의 방향은 센서모듈(70)의 센싱 표면과 평행하게 배치될 수 있다. 이는, 통로(80)를 흐르는 공기의 흐름이 변동되는 현상을 방지할 수 있으며, 공기의 원활한 유동을 위한 것이다. 따라서, 공기의 유량 변동률을 줄일 수 있다.
센서모듈(70)은 통로(80) 내부의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다. 또한, 센서모듈(70)은 통로(80) 내부의 압력도 센싱할 수 있다. 센서모듈(70)을 통해 센싱되는 값을 이용하여 흡입되는 공기의 습도가 제어되어야 하기 때문에 통로(80)에서의 센서모듈(70)의 위치는 공기의 흐름이 원활한 위치에 있어야 된다. 또한, 센서모듈(70)의 주위의 공기의 흐름을 일정하게 감지될 수 있도록 센서모듈(70)은 온도, 습도 및 압력 센서를 포함할 수 있다. 습도 센서는 고분자막 습도 센서, 산화알루미늄 습도 센서, 세라믹 습도 센서, 서미스터 습도 센서, 마이크로파 습도 센서, 결로 센서 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 습도 센서는 공기중에 포함된 수증기의 양에 따라서 습도 센서 신호를 생성할 수 있다. 더 나아가, 습도 센서는 공기 중에 포함된 수증기의 양을 감지하여야 하기 때문에, 습도센서의 위치가 공기의 흐름이 원활한 위치에 있어야 하며, 또한, 습도 센서 주위의 공기의 흐름이 일정하게 감지될 수 있도록 센서 모듈의 부착 위치를 최적화해야 된다.
온도 센서는 흡입되는 공기의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서는 열팽창 센서, 열전도 센서, 저항온도 센서 및 열방사온도 센서 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 압력 센서는 공기가 흡입될 때, 통로(80)의 압력을 센싱할 수 있다.
또한, 센서 모듈(70)은 일체형으로 형성될 수 있다. 통로(80)에 부착되는 면적을 최소화시킬 수 있다. 센서모듈(70)은 모듈의 사이즈를 전체적으로 소형화함으로써, 센서모듈(70)이 통로(80)에 밀착하도록 형성될 수 있다. 또한, 일체형으로 형성된 센서모듈(70)은 통로(80)에 마운팅(mounting) 되어 배치될 수도 있다.
센싱모듈(70)의 센싱결과에 따라 히터모듈(40)을 작동시킬 수 있다. 센서모듈(70)과 히터모듈(40)은 연동되어 작동될 수 있다. 이는, 센서모듈(70)의 센싱결과를 감지하는 감지부(미도시)를 포함할 수 있다. 공기의 온도, 습도 및 압력을 감지하여 즉, 기 설정된 공기의 온도, 습도 및 압력이 초과했을 때, 그 감지 결과의 신호를 제어 장치(120)로 전달할 수 있다. 제어 장치(120)는 감지부와 히터모듈(40)을 작동하는 스위치(42)와 전기적으로 연결될 수 있다. 감지부 및 모터는 유선 또는 무선으로 제어 장치(120)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이송부(160)는 필터부(60)에서 사용되는 필터를 필터부(60)로 이송할 수 있다. 이송부(160)는 스테핑 모터(stepping motor)를 이용하여 필터부(60)에서의 필터 샘플링 위치 및 분석 위치를 정밀 제어할 수 있다. 여기에서, 스테핑 모터는 2개일 수 있다.
제어 장치(120)는 감지 신호를 전달 받아, 제어신호를 모터의 구동을 위한 전원부로 전달할 수 있다. 전원부는 모터를 구동시켜 스위치(42)를 작동시킬 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라, 히터모듈(40)이 작동될 수 있다. 예를 들면, 통로(80) 내부의 온도를 미리 설정된 표준 온도가 되도록 제어동작을 수행할 수 있다. 제어장치(800)는 온도센서로부터 통로(80) 내부의 온도를 입력 받아 입력된 온도를 표준 온도와 비교하여 스위치(42)의 작동을 제어한다. 또한, 통로(80) 내부의 습도를 미리 설정된 표준 습도가 되도록 제어동작을 수행할 수 있다. 제어장치(800)는 습도 센서로부터 통로(80) 내부의 습도를 입력 받아 입력된 습도를 표준 습도와 비교하여 스위치(42)의 작동을 제어할 수 있다. 이에 따라, 센서모듈(70)과 히터모듈(40)이 연동되어 작동될 수 있으므로, 히터모듈(40)에 불필요한 전원을 공급하여 전력손실을 방지할 수 있다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 히터모듈(40) 및 센서모듈(70)의 작동 흐름도이다.
도 2을 참조하면, 우선 중금속 연속 측정장치(10)의 공기가 유입구(30)를 통해 유입될 수 있다. 그리고, 공기가 이동되는 통로(80)에서 센서모듈(70)이 흡입되는 공기의 온도, 습도 및 압력을 측정할 수 있다(S1단계). 온도, 습도 및 압력의 기 설정된 표준이 초과되면(S2단계), 스위치를 작동하여 히터모듈(40)이 구동될 수 있다(S31단계). 이에 따라, 통로(80) 내의 공기의 습도가 제어될 수 있다. 기 설정된 표준이 미만이면, 흡입되는 공기가 유입되어 기 설정된 표준에 도달할 수 있다(S32단계).
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 중금속 연속 측정장치
30 : 유입구
40 : 히터모듈
50 : 중금속 분석 모듈
60 : 필터부
70 : 센서모듈
80 : 통로
110 : 유량 제어 장치
120 : 제어 장치
130 : 전압 발생 장치
141 : 온도센서
143 : 습도센서
145 : 대기압 센서
160 : 이송부

Claims (8)

  1. 외부의 공기가 유입되는 유입구;
    상기 유입구로 유입되는 상기 공기의 습도를 제어하는 히터모듈;
    상기 공기 중 중금속을 검출하는 중금속 분석 모듈;
    상기 중금속을 수용하는 필터부;
    상기 필터부에서 사용되는 필터를 이송하는 이송부;
    상기 필터부를 통과하는 상기 공기의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 센싱하는 센서모듈;을 포함하고,
    상기 센서모듈은 상기 필터부에 연결되는 통로에 부착되며 상기 통로를 흐르는 상기 공기가 흐르는 방향은 상기 센서모듈의 센싱 표면과 평행한, 중금속 연속 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터모듈 및 상기 센싱모듈이 연동되어 작동되는, 중금속 연속 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서모듈은 반도체 센서로 형성되는, 중금속 연속 측정장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 반도체 센서는 온도 및 습도를 센싱하는, 중금속 연속측정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 반도체 센서는 압력을 더 센싱하는, 중금속 연속 측정장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 센싱모듈은 일체형으로 형성되는, 중금속 연속 측정장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 일체형 센싱모듈은 상기 통로에 마운팅(mounting)되어 배치되는, 중금속 연속 측정장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서모듈에 의해 센싱되는 공기의 온도, 습도 및 압력 값에 따라 상기 히터모듈을 제어하는 스위치를 포함하는, 중금속 연속 측정장치.
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