KR20170057201A - 대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 이송관, 및 이를 포함하는 대기 입자 샘플링 장치 - Google Patents

대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 이송관, 및 이를 포함하는 대기 입자 샘플링 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20170057201A
KR20170057201A KR1020170059076A KR20170059076A KR20170057201A KR 20170057201 A KR20170057201 A KR 20170057201A KR 1020170059076 A KR1020170059076 A KR 1020170059076A KR 20170059076 A KR20170059076 A KR 20170059076A KR 20170057201 A KR20170057201 A KR 20170057201A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow
air
suction
transportation
particle
Prior art date
Application number
KR1020170059076A
Other languages
English (en)
Inventor
배귀남
이승복
우상희
육세진
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020170059076A priority Critical patent/KR20170057201A/ko
Publication of KR20170057201A publication Critical patent/KR20170057201A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2273—Atmospheric sampling
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/24—Suction devices

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 이송관은, 공기가 유입되는 흡입부와, 흡입부로부터 연장 형성되어 흡입부로부터 공기가 유입되며, 굴절된 형태로 형성되는 유동 완충부와, 유동 완충부로부터 연장 형성되며 유동 완충부로부터 공기가 유입되는 수송부를 포함하며, 공기의 유동 방향을 따르는 유동 완충부의 안쪽으로 굴절된 관 벽 윤곽선인 인-코너 라인과, 유동 방향을 따르는 유동 완충부의 바깥쪽으로 굴절된 관 벽 윤곽선인 아웃-코너 라인은, 유동 방향으로 갈수록 그 사이의 거리가 점점 멀어지다가 점점 가까워진다.

Description

대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 이송관, 및 이를 포함하는 대기 입자 샘플링 장치{TRANSFERRING TUBE FOR SAMPLING PARTICLE IN AIR, AND SAMPLING APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 이송관, 및 이를 포함하는 대기 입자 샘플링 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이송관을 통해 대기 중의 입자를 샘플링하고 이를 측정하기 위한 대기 입자 샘플링 장치에 관한 것이다.
기술이 급격하게 발전함에 따라, 환경에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 대기 오염에 대한 관심이 높아지면서 대기 오염 물질을 실시간으로 측정할 수 있는 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다.
이와 관련하여, 도로를 주행하면서 미세 먼지와 같은 공기 중의 대기 오염 물질을 샘플링하여 실시간으로 대기 오염도를 측정하는 주행 측정 차량(Mobile Laboratory, ML)은 대기질 실태 조사, 대기 오염 지도 제작과 같은 다양한 분야에서 활용되고 있다.
주행 측정 차량의 입자 샘플링 인렛은 주로 차량 주행 방향과 일치하도록 차량 앞으로 길게 튀어나오는 형태로 구성된다. 주행 측정 차량 자체, 인접 차량, 도로 재비산 먼지 등의 영향을 최소화하기 위해, 입자 샘플링 인렛은 지면으로부터 멀리 떨어지도록 최대한 높게 설치된다.
주행 측정 차량의 전면부에 입자 샘플링 인렛을 지면과 수평으로 설치하여 입자를 샘플링하는 기존 방식은 크기가 큰 입자들의 중력 침강에 의한 손실이 크며, 차량 내 공간을 많이 차지하는 문제점이 있다.
따라서 일부 주행 측정 차량들은 차량 지붕 위로 입자 샘플링 인렛을 수직으로 내어서 ㄱ자 형태의 대기 입자 샘플링 인렛을 설치한다. 하지만, 이 경우 관성에 의해 크기가 큰 입자들의 손실이 커질 우려가 있다.
입자 샘플링 인렛의 흡입구로 흡입된 입자는 흡입구와 주행 측정 차량 내부에 설치된 입자 농도 측정 장치 사이에 위치하는 약 2 m 길이의 수송관을 거쳐 입자 농도 측정 장치로 이동하게 된다. 이러한 수송관이 수평 방향으로 배치되면, 공기역학적 직경(aerodynamic diameter)이 1 μm보다 큰 입자의 경우 중력의 영향으로 인해 수송 도중에 손실이 발생한다.
특히, 주행 측정 차량에서 측정하는 대기 오염 물질에는 NOX, CO2 등의 가스상 오염 물질 외에도 블랙 카본(Black carbon, BC), 비산먼지 등의 입자상 오염 물질도 있다. 가스상 오염 물질의 경우, 테프론 관을 통해 손실 염려 없이 쉽고 정확하게 샘플링 및 측정이 가능하지만, 입자상 오염 물질의 경우, 관성, 중력, 확산 등에 의해 샘플링 시 손실될 확률이 크다.
또한, 입자의 손실량이 수송 시간에 비례하기 때문에 수송 시간을 짧게 하여 입자의 손실량을 줄이도록 관의 직경을 줄이거나, 흡입 유량을 늘릴 수도 있으나, 수송관 내부의 유동 상태가 난류(turbulent) 조건이 되어 공기역학적 직경이 10 μm보다 큰 입자의 손실율이 급격히 커지는 문제점이 있다.
따라서, 주행하는 차량에서 대기 입자의 농도를 정확하게 측정하기 위하여 수송 도중에 중력 및 관성 등에 의해 발생하는 입자 손실을 최소화할 수 있는 입자 샘플링 인렛이 필요하다.
미국 특허 공개 공보 제3,954,428호 (1976.5.4)
본 발명은 대기 입자 측정 시 이송 도중의 입자 손실을 최소화하고 대기 입자 농도 측정의 정확도를 높일 수 있는 대기 중의 입자를 샘플링하는 이송관, 및 이를 포함하는 대기 입자 샘플링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이송관은, 대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 이송관으로서, 공기가 유입되는 흡입부; 상기 흡입부로부터 연장 형성되며, 굴절되어 형성되는 유동 완충부; 및 상기 유동 완충부로부터 연장 형성되는 수송부를 포함하며, 상기 유동 완충부의 안쪽으로 굴절된 관 벽에서 가장 안쪽의 윤곽선인 인-코너 라인과, 상기 유동 완충부의 바깥쪽으로 굴절된 관 벽에서 가장 바깥쪽의 윤곽선인 아웃-코너 라인은, 상기 유동 방향으로 갈수록 그 사이의 거리가 점점 멀어지다가 점점 가까워진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡입부의 상기 유동 방향에 대해 수직인 단면의 면적은 유동 방향으로 갈수록 점점 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유동 완충부는, 상기 인-코너 라인과 상기 아웃-코너 라인 각각의 연장선이 상기 흡입부 및 상기 수송부 각각의 벽면 상에 오도록 상기 흡입부 및 상기 수송부와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유동 완충부의 폭은 상기 유동 방향을 따라 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유동 완충부는, 상기 흡입부 및 상기 수송부 각각의 관 벽의 연장 접선이 만나는 지점에서 필렛 형상을 이루도록 굴절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 인-코너 라인과 상기 아웃-코너 라인 각각의 곡률은, 상기 유동 완충부가 상기 흡입부 및 상기 수송부와 각각 만나는 지점으로부터 상기 유입부와 상기 수송부 각각의 관 벽의 연장 접선이 만나는 지점까지의 거리의 50% 내지 100% 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유동 완충부로 공기가 유입되는 방향과 상기 유동 완충부로부터 공기가 유출되는 방향은 서로 수직을 이룰 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 대기 입자 샘플링 장치는, 대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 대기 입자 샘플링 장치로서, 이송관; 상기 이송관을 고정하는 고정장치; 및 상기 이송관에 연결되는 펌프를 포함하며, 상기 펌프에 의해 상기 흡입부로 유입되는 공기의 유량이 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고정장치는 이동이 가능한 이동장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡입부는 공기가 유입되는 흡입구가 상기 이동장치의 이동 방향의 전방을 향하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 펌프는 상기 이동장치의 이동 속도에 따라 상기 흡입부로 공기가 등속 흡인되도록 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이동장치는 차량일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이송관을 통해 이송된 공기를 전달 받아 공기에 포함된 입자를 측정하는 입자 측정 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이송관은 상기 수송부로부터 연장되는 분배부를 더 포함하며, 상기 분배부 내측에서 상기 유동 방향을 향하여 개방된 입구를 가지며 상기 이송관과 상기 입자 측정 장치를 연통하는 분배관을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분배부는 상기 수송부의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분배관은 상기 유동 방향에 대해 예각을 이루도록 굴절되어 상기 이송관의 외부로 돌출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기 입자 샘플링 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 대기 입자 샘플링 장치의 개략적인 측면도이다.
도 3은 도 1의 대기 입자 샘플링 장치의 개략적인 개념도이다.
도 4는 도 3에 도시된 PP선, QQ선, RR선, SS선, 및 TT선에 따른 대기 입자 샘플링 장치의 유동 완충부의 단면도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 대기 입자 샘플링을 위한 이송관과, 도 1의 대기 입자 샘플링 장치의 이송관의 입자 이송 효율에 대한 수치해석결과의 비교 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대기 입자 샘플링 장치(10)는 이송장치(100)와, 입자 측정 장치(200)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이송장치(100)는 이송관(110)과, 펌프(120)와, 분배관(130)을 포함한다.
이송장치(100)는 도시된 바와 같이 차량(1)에 고정될 수 있다. 이송장치(100)는 이송관(110)의 일부가 차량(1)의 외부에 노출되도록 배치될 수 있다. 즉, 이송관(110)은 차량(1)의 외부와 내부를 가로지르도록 배치될 수 있다. 이로써, 차량(1) 외부의 공기를 차량(1) 내부로 이송하여 대기 중의 입자를 샘플링할 수 있다. 한편, 펌프(120) 또는 입자 측정 장치(200)는 차량(1) 내부에 배치될 수 있다.
입자 측정 장치(200)는 대기 중 입자의 농도 등을 측정할 수 있다. 복수 개의 입자 측정 장치(200)가 사용될 수 있다. 입자 측정 장치(200)는 차량(1)의 내부에 배치되며, 이송장치(100)를 통해 외부로부터 샘플링된 공기 중 입자의 다양한 물리량을 측정할 수 있다.
펌프(120)는 이송관(110)의 단부에 연결된다. 펌프(120)는 이송관(110)으로 유입되는 공기의 유량을 조절할 수 있다. 펌프(120)는 차량(1)의 이동 속도, 바람의 영향 등을 고려하여 공기가 이송관(110)으로 등속 흡인되도록 제어되는 것이 바람직하다.
차량(1)의 주행과 펌프(120)의 구동에 의해 이송관(110)으로 흡인된 공기는 분배관(130)을 통해 입자 측정 장치(200)로 이송된다. 이에 대한 설명은 이하에서 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이송관(110)은 공기의 유동 방향에 따른 순서대로 흡입부(111)와, 유동 완충부(112)와, 수송부(113)와, 분배부(114)를 포함한다.
흡입부(111)를 통해 공기가 유입된다. 흡입부(111)는 공기가 유입되는 흡입구가 차량 주행 방향의 전방을 향하도록 배치될 수 있다. 또한, 흡입부(111)는 지면에 대해 수평하게 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 흡입부(111)는 차량(1)의 지붕 위로 노출되도록 배치될 수 있다. 이로써, 차량(1)이 주행함에 따라 흡입부(111)로 공기가 유입될 수 있다.
흡입부(111)의 공기의 유동 방향에 대해 수직인 단면의 면적은 유동 방향으로 진행함에 따라 점점 증가할 수 있다. 예를 들어, 흡입부(111)는 흡입구로부터 내부로 들어갈수록 직경이 점점 커지도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 흡입부(111) 내부의 단면적이 증가함에 따라 흡입부(111)로 흡입된 공기의 유동이 층류가 될 수 있다.
흡입부(111)의 흡입구 직경(D111)은 차량(1)의 주행 속도를 고려하여 흡입구로 공기가 등속으로 흡인되고 수송부(113)에서 층류 유동을 이루도록, 즉 레이놀즈 수(Reynolds number)가 3000 이하가 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 흡입부(111)는 상기 조건을 만족시키는 다양한 크기, 형상으로 설계될 수 있다.
흡입부(111)의 흡입구는 차량(1) 전면에 의한 유동 교란을 피하기 위해 차량(1)의 지붕으로부터 상측으로 30 cm 이상 이격되도록 배치되는 것이 좋다.
공기 중의 입자는 흡입부(111)의 흡입구에서 주행 속도에 따라 등속 흡인 조건으로 샘플링되어 흡입부(111)를 따라 유동 완충부(112)로 이동한다.
유동 완충부(112)는 흡입부(111)로부터 연장 형성된다. 흡입부(111)와 유동 완충부(112)가 연결되는 지점은 유동의 급격한 변화를 배제하도록 연속적인 접선을 가지도록 설계되는 것이 바람직하다. 즉, 흡입부(111)와 유동 완충부(112)가 만나는 지점에서, 유동 완충부(112)는 흡입부(111)와 부드럽게 연결될 수 있다.
유동 완충부(112)는 굴절된 형태로 형성된다. 이로써, 흡입부(111)로부터 유동 완충부(112)로 유입된 공기의 유동 방향이 변경된다. 공기의 유동 방향이 다양한 각도로 변경되도록 유동 완충부(112)가 굴절되어 형성될 수 있으나, 수송부(113)에서 중력에 의한 입자 손실을 방지할 수 있는 점에서 유동 완충부(112)는 수직 방향으로 굴절되어 형성되는 것이 바람직하다. 평평한 지면 위를 차량(1)이 주행하는 경우 지면과 수평하게 배치되는 흡입부(111)로 공기가 유입되고, 유동 완충부(112)에서 지면과 수직한 방향으로 유동 방향이 변경됨에 따라 중력에 의한 입자 손실을 최대한 감소시킬 수 있다.
유동 완충부(112)가 굴절됨에 따라, 유동 완충부(112)는 안쪽으로 굴절된 부분과 바깥쪽으로 굴절된 부분으로 구분될 수 있다. 먼저, 유동 완충부(112)의 안쪽으로 굴절된 관 벽 중에서 가장 안쪽 윤곽선에 해당하는 인-코너 라인(112a)은, 공기의 유동 방향을 따라 흡입부(111)와 유동 완충부(112)의 연결 지점(A)으로부터 유동 완충부(112)와 수송부(113)의 연결 지점(B)까지 곡선으로 이어진다. 그 다음으로, 유동 완충부(112)의 바깥쪽으로 굴절된 관 벽 중에서 가장 바깥쪽 윤곽선에 해당하는 아웃-코너 라인(112b)은, 공기의 유동 방향을 따라 흡입부(111)와 유동 완충부(112)의 연결 지점(A')으로부터 유동 완충부(112)와 수송부(113)의 연결 지점(B')까지 곡선으로 이어진다.
유동 완충부(112)는 상술한 인-코너 라인(112a)과 아웃-코너 라인(112b)이 유동 방향으로 진행함에 따라 그 사이의 거리가 점점 멀어지다가 다시 점점 가까워지도록 형성된다.
도 4는 도 3에 도시된 PP선, QQ선, RR선, SS선, 및 TT선에 따른 유동 완충부(112)의 단면을 도시한다. 도 4를 참조하면, 공기의 유동 방향으로 갈수록 유동 완충부(112)의 인-코너 라인(112a) 측 벽과 아웃-코너 라인(112b) 측 벽 사이의 공간이 점점 커지다가 작아진다. 유동 완충부(112)는 유동 방향의 전환이 가장 급격한 부분에서 인-코너 라인(112a) 측 벽과 아웃-코너 라인(112b) 측 벽 사이의 공간이 가장 크도록 형성될 수 있다.
이와 같이 유동 완충부(112)의 굴절된 부분의 공간이 확장됨에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이 입자가 유동 완충부(112)를 통과하면서 관성에 의해 아웃-코너 라인(112b) 측 벽에 충돌하기 전에 방향을 전환할 공간을 확보할 수 있다. 참고로, 도 3에서 이송되는 입자가 점으로 도시되었으며, 입자의 이동 궤적이 점선으로 도시되었다.
유동 완충부(112)는, 흡입부(111)와 만나는 지점(A 및 A') 및 수송부(113)와 만나는 지점(B 및 B')에서의 각 접선이 서로 만나는 지점(C 및 C')에서 필렛(또는 모따기) 형상을 이루도록 굴절될 수 있다. 이때, 필렛의 반지름은 인-코너 라인(112a) 측의 경우 A-C 길이와 B-C 길이를 넘지 않고, 아웃-코너 라인(112b) 측의 경우 A'-C' 길이와 B'-C' 길이를 넘지 않는 것이 바람직하다.
인-코너 라인(112a)과 아웃-코너 라인(112b) 각각의 곡률은 A-C 길이와 B-C 길이, 및 A'-C' 길이와 B'-C' 길이의 50% 내지 100% 범위일 수 있다. 또한, 입자의 빈번한 충돌이 예측되는 아웃-코너 라인(112b) 측 벽의 부분이 보다 더 확대되도록 형성될 수도 있다.
이를 통해 입자의 방향 전환에 필요한 충분한 공간을 확보할 수 있으며, 관성에 의한 입자 손실 없이 입자의 이동 방향을 수평에서 수직으로 굴절시킬 수 있다.
한편, 흡입부(111)가 내측으로 갈수록 점점 직경이 커지고, 이로부터 유동 완충부(112)가 연장 형성됨에 따라 인-코너 라인(112a) 측 벽과 아웃-코너 라인(112b) 측 벽 사이의 공간이 더욱 확대될 수 있다. 이때, 인-코너 라인(112a)과 아웃-코너 라인(112b) 각각의 연장선이 흡입부(111) 및 수송부(113) 각각의 벽면 상에 오도록, 유동 완충부(112)는 흡입부(111) 및 수송부(113)와 각각 부드럽게 연결되는 것이 좋다.
유동 완충부의(112)의 폭(d)은 A-A'원과 B-B'원의 지름과 같게 유지될 수 있다. 유동 완충부(112)의 폭(d)이 유동 방향을 따라 일정하게 유지됨으로써 유동 완충부(112) 통과 전후의 유동을 용이하게 제어할 수 있다.
공기 중의 입자는 상술한 유동 완충부(112)를 통과하여 수송부(113)로 이동한다.
수송부(113)는 유동 완충부(112)로부터 연장 형성된다. 즉, 수송부(113)는 유동 완충부(112)와 연통되며, 유동 완충부(112)에서 유동 방향이 변경된 입자를 입자 측정 장치(200)로 이송한다.
수송부(113)는 차량(1)의 지붕을 뚫고 차량(1)의 외부와 내부를 가로지르도록 배치된다. 차량(1)의 지붕으로부터 흡입부(111)의 높이를 고려하여 수송부(113)의 돌출 길이를 결정할 수 있다.
수송부(113)는 흡입 유량에 따라 층류 유동 조건이 되는 직경(D113)을 가지는 원 관으로 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이 주행 속도를 고려하여 흡입부(111)의 흡입구 직경(D111)과 함께 적절하게 설계되는 것이 바람직하다.
이로써, 수송부(113)는 중력 손실이나 난류 손실 없이 입자를 분배부(114)까지 이송할 수 있다.
분배부(114)는 수송부(113)로부터 연장되어 형성될 수 있다. 분배부(114)는 수송부(113)로부터 연결되며 직경이 변경된 일부 구간으로서 형성될 수 있다. 수송부(113)와 분배부(114)는 유동의 급격한 변화를 방지하도록 완만하게 연결되는 것이 바람직하다.
이때, 분배부(114)는 수송부(113)의 직경(D113)보다 큰 직경(D114)을 가지도록 형성될 수 있다. 이로써, 수송부(113)에서의 유동 속도보다 분배부(114)에서의 유동 속도가 더 낮게 감소될 수 있다. 이는, 분배관(130)으로의 등속 흡인을 용이하게 하며 이하에서 상술된다.
분배관(130)은 분배부(114) 내측에서 유동 방향을 향하여 개방된 입구를 가지며 이송관(110)과 입자 측정 장치(200)를 연통한다. 분배관(130)은 이송관(110)을 통해 이송된 입자를 각각의 입자 측정 장치(200)로 등속 흡인시킨다.
분배관(130)의 입구는 분배부(114) 내 유동 방향과 평행하도록 설치된다. 분배관(130)은 유동 방향에 대해 예각을 이루도록 굴절되어 분배부(114) 밖으로 돌출될 수 있다. 상술한 바와 같이, 분배부(114)의 직경(D114)이 수송부(113)의 직경(D113)보다 커져 유동 속도가 감소됨에 따라, 분배관(130)의 입구에서 등속흡인이 용이하게 된다. 분배부(114)에서의 유동 속도가 충분히 느려지므로 분배관(130)의 굴절 부분에서의 관성 손실이 매우 적어질 수 있다. 이로써, 분배관(130) 내에서 입자의 관성 손실이 최소화 될 수 있다.
분배관(130)의 직경(D130)은 분배관(130)에 연결된 입자 측정 장치(200)의 흡입 유량에 따라 분배부(114)의 유동 속도와 같게 되는 등속 흡인 조건이 되도록 설계되는 것이 바람직하다.
분배관(130)은 복수의 입자 측정 장치(200)가 사용되는 등의 필요에 따라 복수 개가 설치될 수 있다. 복수의 분배관은 분배부(114)에 나란히 배치될 수 있으며, 각 분배관으로의 등속 흡인에 영향을 주지 않도록 일정한 거리를 두고 병렬로 배치될 수 있다.
분배관(130)으로 유입되지 않은 공기 및 입자는 이송관(110)의 단부를 통해 펌프(120)로 흡인된다. 펌프(120)는 흡입부(111)로 입자가 흡인되도록 내부 압력을 낮추며, 흡인된 공기와 입자들을 외부로 배출한다.
상기 일련의 과정들은 펌프(120)의 흡입에 의해 이루어질 수 있다. 펌프(120)의 흡입 용량은 차량의 속도에 따라 흡입부(111)의 흡입구에서 등속 흡인이 되도록 가변적으로 조절되는 것이 바람직하다.
입자가 외부로부터 입자 측정 장치(200)까지 도달하는 일련의 과정을 정리하면, 입자는 유선을 따라 흡입부(111)의 흡입구로 유입되며, 흡입부(111)의 직경이 확대되면서 유동 속도가 느려져 입자의 관성이 줄어들게 된다. 입자는 흡입부(111)를 따라 유동 완충부(112)로 이동하며, 유선을 따라 이동 방향이 수직으로 굴절되어 수송부(113)로 이동한다. 유동 완충부(112)에서 입자는 관성에 의해 유동 완충부(112)의 인-코너 라인(112a) 측 벽으로부터 멀어지게 된다. 확관 형태의 흡입부(111)에 의해 입자의 관성이 충분히 작아지며 유동 완충부(112)의 아웃-코너 라인(112b) 측 벽까지의 거리가 멀어져, 관성 충돌에 의한 입자 손실이 최소화될 수 있다. 유동 완충부(112)를 통과하여 이동 방향이 변경된 입자는 수송부(113)로 이동한다. 수송부(113)의 직경(D113)은 수송부(113)의 유동 조건이 층류가 되도록 충분히 크므로, 입자는 난류 손실과 같은 기타 손실 없이 수송부(113) 하류에 위치한 분배부(114)까지 이동한다. 분배부(114)의 직경이 커지면서 유동 속도가 느려짐에 따라, 입자들 중 일부는 분배관(130)으로 등속 흡인될 수 있다. 흡인된 입자는 분배관(130)을 통하여 이송관(110) 외부에 배치되는 입자 측정 장치(200)에 도달될 수 있다.
도 5는 전산유체역학(computational fluid dynamics)에 기반한 수치 모델링을 이용하여, 직선 형태의 수평 방향으로 배치되는 이송관 (그래프 상에 실선으로 도시됨)과, 굴절된 부분의 직경이 일정한 ㄱ자 이송관 (그래프 상에 점선으로 도시됨)과, 본 발명의 일 실시예에 따른 이송관(그래프 상에 일점 쇄선으로 도시됨)에 대해 대기 중 입자의 크기에 따른 이송 효율을 비교한 그래프를 도시한다.
도 5를 참조하면, 직선 형태의 이송관과 직경이 일정한 ㄱ자 이송관은 입자의 크기가 커짐에 따라 이송 효율이 급격하게 감소하는 반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 이송관의 이송 효율은 완만하게 감소하는 경향을 나타낸다.
대기환경기준 항목인 미세먼지(PM10)에 해당하는 10 μm 이하인 입자의 이송 효율이 본 발명에 따른 이송관에 의한 경우, 약 90%로 매우 높게 나타나며, 입자의 크기에 무관하게 거의 일정하게 유지된다. 따라서, 본 발명에 의해 대기 입자 샘플링 시 이송 효율의 보정이 용이하여 보다 정확한 대기 입자 측정이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이송관(110)을 사용하여 미세먼지 오염도 등을 실시간으로 측정하면 입자의 손실을 최소화하면서 입자의 손실율을 용이하게 보정할 수 있어 측정값의 오차를 줄일 수 있다. 또한, 입자의 손실율 보정 등을 위한 제어장치가 별도로 추가되는 것이 아니므로, 설치, 운영 및 관리 비용 등의 부담이 적다. 이를 통해 얻을 수 있는 정밀 실측 자료를 바탕으로 대기질의 실태 파악, 국소 고농도 오염 지역 선정, 대기환경 관련 정책 수립 등이 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 대기 입자 샘플링 장치(10)가 차량(1)에 설치되는 것으로 도시되었으나, 본 발명은 육상의 운송 수단뿐만 아니라 선박, 항공기 등의 다양한 이동장치에 설치되어 사용될 수 있음에 유의해야 한다.
또한, 대기 입자 샘플링 장치는 이동 가능한 장치에 고정되지 않고, 별도의 고정장치(미도시)에 고정되어 펌프(120)의 흡입력에 의해서 실시될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 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. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 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 : 이송장치
110 : 이송관
111 : 흡입부
112 : 유동 완충부
112a : 인-코너 라인
112b : 아웃-코너 라인
113 : 수송부
114 : 분배부
120 : 펌프
130 : 분배관
200 : 입자 측정 장치
10 : 대기 입자 샘플링 장치
1 : 차량

Claims (12)

  1. 대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 대기 입자 샘플링 장치로서,
    공기가 유입되는 흡입부와, 상기 흡입부로부터 연장 형성되며, 굴절되어 형성되는 유동 완충부와, 상기 유동 완충부로부터 연장 형성되는 수송부와, 상기 수송부로부터 연장되는 분배부를 포함하는 이송관;
    상기 이송관을 통해 이송된 공기를 전달 받아 공기에 포함된 입자를 측정하는 입자 측정 장치; 및
    상기 분배부 내측에서 공기의 유동 방향을 향하여 개방된 입구를 가지며 상기 이송관과 상기 입자 측정 장치를 연통하는 분배관을 포함하며,
    상기 유동 완충부의 안쪽으로 굴절된 관 벽에서 가장 안쪽의 윤곽선인 인-코너 라인과, 상기 유동 완충부의 바깥쪽으로 굴절된 관 벽에서 가장 바깥쪽의 윤곽선인 아웃-코너 라인은, 공기의 유동 방향으로 갈수록 그 사이의 거리가 점점 멀어지다가 점점 가까워지고,
    상기 흡입부의 공기의 유동 방향에 대해 수직인 단면의 면적은 공기의 유동 방향으로 갈수록 점점 증가하며,
    상기 유동 완충부로 공기가 유입되는 방향과 상기 유동 완충부로부터 공기가 유출되는 방향은 서로 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유동 완충부는, 상기 인-코너 라인과 상기 아웃-코너 라인 각각의 연장선이 상기 흡입부 및 상기 수송부 각각의 벽면 상에 오도록 상기 흡입부 및 상기 수송부와 연결되는 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유동 완충부의 폭은 상기 유동 방향을 따라 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 유동 완충부는, 상기 흡입부 및 상기 수송부 각각의 관 벽의 연장 접선이 만나는 지점에서 필렛 형상을 이루도록 굴절되는 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
  5. 제4 항에 있어서
    상기 인-코너 라인과 상기 아웃-코너 라인 각각의 곡률은, 상기 유동 완충부가 상기 흡입부 및 상기 수송부와 각각 만나는 지점으로부터 상기 흡입부와 상기 수송부 각각의 관 벽의 연장 접선이 만나는 지점까지의 거리의 50% 내지 100% 범위인 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 이송관을 고정하는 고정장치; 및
    상기 이송관에 연결되는 펌프를 더 포함하며,
    상기 펌프에 의해 상기 흡입부로 유입되는 공기의 유량이 조절되는 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 고정장치는 이동이 가능한 이동장치인 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 흡입부는 공기가 유입되는 흡입구가 상기 이동장치의 이동 방향의 전방을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 펌프는 상기 이동장치의 이동 속도에 따라 상기 흡입부로 공기가 등속 흡인되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 이동장치는 차량인 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 분배부는 상기 수송부의 직경보다 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 분배관은 상기 유동 방향에 대해 예각을 이루도록 굴절되어 상기 이송관의 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 대기 입자 샘플링 장치.
KR1020170059076A 2017-05-12 2017-05-12 대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 이송관, 및 이를 포함하는 대기 입자 샘플링 장치 KR20170057201A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170059076A KR20170057201A (ko) 2017-05-12 2017-05-12 대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 이송관, 및 이를 포함하는 대기 입자 샘플링 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170059076A KR20170057201A (ko) 2017-05-12 2017-05-12 대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 이송관, 및 이를 포함하는 대기 입자 샘플링 장치

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150147820 Division 2015-10-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170057201A true KR20170057201A (ko) 2017-05-24

Family

ID=59051337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170059076A KR20170057201A (ko) 2017-05-12 2017-05-12 대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 이송관, 및 이를 포함하는 대기 입자 샘플링 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170057201A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110186722A (zh) * 2019-06-19 2019-08-30 山东大学 便于飞机航测的气态污染物进样机构、采样系统及方法
CN110186723A (zh) * 2019-06-19 2019-08-30 山东大学 用于飞机航测的细颗粒物进样装置、采样系统及方法
CN112684105A (zh) * 2020-12-02 2021-04-20 镇江网科科技有限公司 一种可对室外空气污染进行吸气检测的智能设备

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110186722A (zh) * 2019-06-19 2019-08-30 山东大学 便于飞机航测的气态污染物进样机构、采样系统及方法
CN110186723A (zh) * 2019-06-19 2019-08-30 山东大学 用于飞机航测的细颗粒物进样装置、采样系统及方法
CN112684105A (zh) * 2020-12-02 2021-04-20 镇江网科科技有限公司 一种可对室外空气污染进行吸气检测的智能设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20170057201A (ko) 대기 중의 입자를 샘플링하기 위한 이송관, 및 이를 포함하는 대기 입자 샘플링 장치
EP3258241B1 (en) Particulate matter sensor device
Alexander et al. Droplet transfer from suspending air to duct walls
CN102000472B (zh) 促进颗粒物相互作用的装置及方法
CN102016517B (zh) 具有管壁通道的调节孔板
US8234914B2 (en) Device for measuring flowing media
KR20150051905A (ko) 미립자 재료를 좁은 수직 용기 안으로 장입하기 위한 공정
WO2020239515A1 (en) Duct sensor with duct probe for sampling a fluid from a duct and method of operation
JPWO2010097926A1 (ja) 粉粒体の定量排出設備
CN104237094A (zh) 路面积尘负荷测量装置及测量方法
US9096396B2 (en) Fluidization and alignment elbow
WO2019082087A1 (en) PITOT TUBE PROVIDING SPEED AND ALTITUDE INFORMATION FOR AERIAL VEHICLES
US10512940B2 (en) Device and method for sorting objects
KR101579590B1 (ko) 공기역학적 입자 포집 장치 및 이를 포함하는 입자 검출 시스템
CN209727174U (zh) 一种矩阵式防堵低风速烟气测量装置
CN112326518B (zh) 一种pm2.5传感器装置
Vitols Determination of Theoretical Collection Efficiencies of Aspirated Particulate Matter Sampling Probes Under Anisokinetic Flow
KR100201077B1 (ko) 평균 피토관형 유량측정장치
CN114295779B (zh) 一种气体检测的气室结构及其装置
CN110702299B (zh) 一种智能传感器
EP4357037A1 (en) Dust-removing device
CN103105402A (zh) 时控方式驱散污染气体团
JP3696436B2 (ja) 気流中粒子の分級方法と粒径分布測定方法
RU162325U1 (ru) Гидравлический насадок устройства для измерения коэффициента сцепления дорожного покрытия
CN207761844U (zh) 空气流量传感器、发动机进气系统及汽车

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment