KR20220055159A - 산성비 생성 원리 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산성비 생성 원리 실험장치에 관한 것이다.
상세하게는,
산성비 생성 원리 실험장치(1)에 있어서,
실험을 위한 이산화 황을 생성시키는 일정 공간으로 이루어진 밀폐된 투명한 연소실(100)과, 상기 연소실(100)에서 생성되는 이산화 황이 압력차에 의해 유입되어 증류수와 반응하도록 하는 일정 공간으로 이루어진 밀폐된 투명한 반응실(200)과, 상기 연소실(100)과 반응실(200)을 분리시키는 격벽(300)과, 상기 연소실(100) 내부의 일정 위치에 위치, 고정되어, 밀폐된 연소실(100) 내부에 이산화 황이 생성되도록 하는 점화수단(400) 및 상기 반응실(200)의 외부 및 내부에 형성되어, 반응실(200)에 실험을 위한 일정량의 증류수를 분무(噴霧)하여 유입시킴과 동시에, 연소실(100)과 반응실(200)에 압력차를 발생시켜, 점화수단(400)을 통해 연소실(100)에 생성된 이산화 황이 반응실(200)로 이동하도록 하는 실험반응유도수단(500)으로 구성되어,
점화수단(400)을 통해, 밀폐된 연소실(100) 내부에 이산화 황을 생성시키고, 실험반응유도수단(500)에 의해, 밀폐된 반응실(200)로 연소실(100) 내부에 생성된 이산화 황이 이동하여, 증류수와 반응, 이산화 황과의 반응으로 증류수가 산성으로 변화되어 산성비로 생성되는 원리를 시각적으로 확인, 실험할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 본 발명은, 실험자 및 실험 참가자가 직접 실험을 통해, 시각적으로 산성비의 생성 원리를 쉽게 이해할 수 있도록 함으로서, 산성비의 생성 원리 및 이에 필요한 과학적 원리의 학습 효과를 극대화시킨다는 이점이 있다.

Description

산성비 생성 원리 실험장치{Acid rain experimental device}

본 발명은 산성비 생성 원리 실험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 산성비가 내리는 원리를 안전하게 실험, 확인하고, 그 과정 중에 필요한 과학적 원리를 자연스럽게 습득할 수 있도록 함으로서, 산성비의 생성 원리는 물론, 기초 과학 지식을 쉽게 실험하고 학습할 수 있도록 하는, 산성비 생성 원리 실험장치에 관한 것이다.

산성비는, 대기 중에 이산화 황과 산화 질소 기체가 방출되면서 생성된다.

이런 기체는 자동차나 특정 산업 공정(제련이나 정제 공정 등), 석탄이나 기름 같은 화석 연료를 태우는 발전소에서 방출된다.

이산화 황과 산화 질소 기체는 구름 속의 수증기와 결합해 황산과 질산을 형성하고, 이 구름에서 떨어지는 비는 pH 5.6 이하의 강산(强酸)이 된다.

즉, 대기 중에 배출되는 이산화 황, 질소 산화물과 같은 대기 오염 물질이 비, 안개와 화학 반응에 의해, 황산, 질산, 염산 등의 강산으로 변화하여, pH가 5.6 미만으로 떨어지는 현상으로서, 토양의 산성화 및 영양분의 용출로 인하여 산림 피해가 일어나고, 호수 등이 산성화에 의해 어패류의 감소와 중금속 용출에 의한 오염이 발생하게 된다.

본 발명은, 이러한, 심각성을 지닌 산성비의 생성 원리를 시각적으로 쉽게 학습, 이해할 수 있는 실험장치를 제공하고자 한다.

이에, 산성비 생성 원리 실험장치에 관한 선행기술로서,

도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 대한민국 등록특허공보 제10-0526656호의 "산성우 자동 측정 장치 및 방법"은,

우량측정기 및 세척수통을 호스로 이용하여 산성우 측정기와 연결하고, 상기 우량측정기로부터 배출된 단위별 우수가 산성우 측정기의 산성우측정봉으로 모아지면 우수감지센서를 통해 확인하고, 상기 우수의 산성도 측정을 위해 해당 센서로부터 pH, 전기 전도도, 이온성분, 온도, 습도를 측정한 후, 배출밸브를 기동하여 배출구를 통하여 산성도 측정 완료된 우수를 배출하며, 자체 설정이나 외부장치의 명령에 의해 상기 산성우 측정기를 자동세척할 경우, 상기 산성우 측정기의 세척수유입구를 통해 세척수통으로부터 유입된 세척수의 적정량을 상기 산성우측정봉 내측에 구비된 세척수감지센서로부터 감지하고, 상기 세척수 공급의 적정량이 감지되면 세척수공급을 중단한 후, 초음파진동자를 설정시간동안 기동한 후, 세척수를 배출하는, 산성우 자동 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

또 다른 선행기술로는,

도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0413098호의 "모의 산성비 실험장치"로서,

물을 수용하기 위한 투명 용기 및 용기 덮개, 상기 투명 용기의 옆면 아래쪽 또는 기부 및 용기 덮개에 각각 구비된 홀, 상기 투명 용기 내부로 물을 분사할 수 있도록 상기 용기 덮개 홀에 장착된 분무기, 상기 투명 용기 내부의 물을 용기내로 분사할 수 있도록 용기에 위치된 홀과 용기 덮개상의 분무기를 연결하는 고무관 및 상단부가 물의 높이보다 높도록 용기내에 위치되는 황 연소대를 포함하여, 간단한 방식으로 산성비의 형성과정 및 선성비가 생태계에 미치는 영향을 관찰할 수 있는, 모의 산성비에 관한 것이다.

살펴본 바와 같이, 상기 선행기술 1 내지 선행기술 2는 본 발명과 동일한 기술분야로서, 발명을 이루는 기본 구성요소에 있어 유사, 동일한 기술적 개념이 일부 존재할 수 있지만, 본 발명과 같이 산성비의 생성 원리를 안전하고 효율적으로 실험하고자 하는 발명이 아니다.

즉, 발명이 해결하고자 하는 과제를 해결하고, 그 효과를 발휘시키기 위한 발명의 구체적인 해결수단(구성요소)에 있어 기술적 특징에 차이가 있다.

그러므로, 본 발명은, 상기 선행기술 1 내지 선행기술 2를 포함한 종래의 산성비 생성 원리를 실험하기 위한 실험장치와 관련된 기술과는 다른, 본 발명만의 발명의 해결하고자 하는 과제(발명의 목적), 이를 해결하기 위한 해결수단(구성요소) 및 이를 해결함으로서 발휘되는 효과를 기반으로, 그 기술적 특징을 꾀하고자 한다.

대한민국 등록특허공보 제10-0526656호 (2005.10.31. 등록) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0413098호 (2006.03.28. 등록)

이에, 본 발명은 상기 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

산성비의 생성 원리를 안전하게 실험할 수 있는 실험장치를 제공하는 데에 목적이 있다.

더욱 구체적으로는,

실험장치를 이용하여 실험자가 직접 산성비를 생성시킬 수 있도록 함과 동시에, 산성비의 생성 원리 뿐만 아니라, 이와 관련된 다양한 과학적 기초 지식을 자연스럽게 습득할 수 있도록 함은 물론, 실험장치를 통해 생성된 용액이 산성비인지를 용이하게 확인, 측정할 수 있도록 함으로서, 실험에서부터 실험으로 생성된 결과물을 재차 검증하는 모든 실험의 과정을 직접 눈으로 확인할 수 있도록 하는, 산성비 생성 원리 실험장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해 안출된 것으로서,

산성비 생성 원리 실험장치에 있어서,

실험을 위한 이산화 황을 생성시키는 일정 공간으로 이루어진 밀폐된 투명한 연소실;

상기 연소실에서 생성되는 이산화 황이 압력차에 의해 유입되어 증류수와 반응하도록 하는 일정 공간으로 이루어진 밀폐된 투명한 반응실;

상기 연소실과 반응실을 분리시키는 격벽;

상기 연소실 내부의 일정 위치에 위치, 고정되어, 밀폐된 연소실 내부에 이산화 황이 생성되도록 하는 점화수단;

상기 반응실의 외부 및 내부에 형성되어, 반응실에 실험을 위한 일정량의 증류수를 분무(噴霧)하여 유입시킴과 동시에, 연소실과 반응실에 압력차를 발생시켜, 점화수단을 통해 연소실에 생성된 이산화 황이 반응실로 이동하도록 하는 실험반응유도수단;으로 구성되어,

점화수단을 통해, 밀폐된 연소실 내부에 이산화 황을 생성시키고, 실험반응유도수단에 의해, 밀폐된 반응실로 연소실 내부에 생성된 이산화 황이 이동하여, 증류수와 반응, 이산화 황과의 반응으로 증류수가 산성으로 변화되어 산성비로 생성되는 원리를 시각적으로 확인, 실험할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 산성비 생성 원리 실험장치에는,

반응실의 하부 일측에 형성되어, 이산화 황과 반응하여 내리는 증류수의 산성도를 측정, 검증할 수 있도록 하는 실험결과검증수단;을 더 포함, 구성하여,

산성비의 생성 원리의 실험 결과를 시각적으로 확인, 검증할 수 있도록 하고,

연소실과 반응실을 분리시키는 격벽에는,

하부에 형성되어, 연소실에서 생성된 이산화 황이 반응실로 이동할 수 있도록 하는 제 1격벽역류방지밸브;

상부에 형성되어, 반응실에 잔여된 공기가 연소실로 이동할 수 있도록 하는 제 2격벽역류방지밸브;가 구성되어,

연소실과 반응실의 압력차로 인해,

제 1격벽역류방지밸브를 통해서는 이산화 황이,

제 2격벽역류방지밸브를 통해서는 공기가 각각 한 방향으로만 이동할 수 있도록 하여,

기체의 순환으로, 반응실에서의 이산화 황과 증류수의 반응이 보다 활발하게 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서는 특허등록청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 상기 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면,

1. 산성비의 생성 원리를 쉽게 알 수 있다.

2. 산성비의 생성 원리를 실험하기 위한 실험 시, 안전하게 실험할 수 있도록 한다.

즉, 산성비를 생성시키기 위해서는 황을 연소시켜야 하는데, 실험자가 이 황을 안전하게 연소시킬 수 있도록 한다.(실험자 및 실험 참가자 모두가 안전하게 황이 연소되는 것을 확인할 수 있고, 황의 연소로 인해 발생되는 연기(煙氣)와의 접촉을 차단하여, 안전하게 실험이 진행되도록 한다.)

3. 또한, 밀폐된 공간 내에서도 기체가 활발하게 순환되므로, 적은 양의 황으로도 산성비의 생성 원리를 실험할 수 있어, 실험의 효율성이 우수하다.

즉, 밀폐된 공간에서 황을 연소시키므로, 밀폐된 공간에 있는 공기와의 반응력이 극대화되도록 한다.(연소된 기체를 쉽게 순환시킬 수 있다.)

4. 산성비를 생성시키기 위한 실험 시, 모든 실험의 과정을 시각적으로 학습할 수 있도록 함으로서, 실험자 및 실험 참가자 모두가 산성비의 생성 원리를 쉽게 학습할 수 있도록 한다.

5. 실험 후에 생성된 산성비의 샘플을 용이하게 채취하여, pH 시험지와 BTB용액을 이용, 채취한 용액의 산성도를 쉽게 측정, 확인, 검증할 수 있다.

즉, 안전하고 용이하게 산성비의 생성 원리를 실험, 학습, 검증할 수 있도록 하는 매우 효과적인 발명이라 하겠다.

도 1은 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치의 개념을 블록도로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 개념도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 실시 예를 사시도로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 실시 예를 정면도로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에서 일어나는 과학적 원리를 시각적으로 표현한 다이어그램(FBD, Free Body Diagram)을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치를 이용한 산성비 생성 원리 실험에 대한 순서도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 실제 사진을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 또 다른 실제 사진을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 선행기술의 대표도를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치(1)에 대한 기능, 구성 및 작용을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 구성도를 나타낸 것이며, 도 2는 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치의 개념을 블록도로, 도 3은 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 개념도를, 도 4는 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 실시 예를 사시도로, 도 5는 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 실시 예를 정면도로, 도 6은 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에서 일어나는 과학적 원리를 시각적으로 표현한 다이어그램(FBD, Free Body Diagram)을, 도 8 내지 도 9는 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 실제 사진을 도시한 것이다.

도 1 내지 도 6 및 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명은,

산성비 생성 원리 실험장치(1)에 있어서,

실험을 위한 이산화 황을 생성시키는 일정 공간으로 이루어진 밀폐된 투명한 연소실(100);

상기 연소실(100)에서 생성되는 이산화 황이 압력차에 의해 유입되어 증류수와 반응하도록 하는 일정 공간으로 이루어진 밀폐된 투명한 반응실(200);

상기 연소실(100)과 반응실(200)을 분리시키는 격벽(300);

상기 연소실(100) 내부의 일정 위치에 위치, 고정되어, 밀폐된 연소실(100) 내부에 이산화 황이 생성되도록 하는 점화수단(400);

상기 반응실(200)의 외부 및 내부에 형성되어, 반응실(200)에 실험을 위한 일정량의 증류수를 분무(噴霧)하여 유입시킴과 동시에, 연소실(100)과 반응실(200)에 압력차를 발생시켜, 점화수단(400)을 통해 연소실(100)에 생성된 이산화 황이 반응실(200)로 이동하도록 하는 실험반응유도수단(500);으로 구성되어,

점화수단(400)을 통해, 밀폐된 연소실(100) 내부에 이산화 황을 생성시키고, 실험반응유도수단(500)에 의해, 밀폐된 반응실(200)로 연소실(100) 내부에 생성된 이산화 황이 이동하여, 증류수와 반응, 이산화 황과의 반응으로 증류수가 산성으로 변화되어 산성비로 생성되는 원리를 시각적으로 확인, 실험할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은, 실험자 및 실험 참가자가 안전하게 점화수단(400) 및 실험반응유도수단(500)을 이용하여, 밀폐된 연소실(100) 내부에 이산화 황을 발생시키고, 이가 반응실(200)로 이동하도록 조작하고, 실험자의 조작에 의해, 밀폐된 반응실(200) 내부로 분무(噴霧)되는 증류수와 이산화 황이 반응하여, 산성비가 생성되는 과정을 직접 확인, 체험할 수 있도록 함과 동시에, 이와 관련된 다양한 과학적 원리를 쉽게 학습할 수 있도록 하는, 산성비 생성 원리 실험장치에 대한 것이다.

본 발명의 실험장치를 구성요소적으로 좀 더 구체적으로 살펴보면,

먼저, 연소실(100)은,

상면 일측에 점화수단(400)의 일부가 내부에 삽입, 위치되도록 형성된 점화수단삽입홀(110);과,

상기 점화수단삽입홀(110)과 동심원을 이루되, 점화수단삽입홀(110) 보다 직경이 크고, 일정 깊이의 홈을 형성하여, 밀폐부재(130) 일부가 삽입, 고정되도록 하는 밀폐부재삽입홈(120);과,

상기 밀폐부재삽입홈(120)에 삽입되되, 연소실(100)의 상면을 기준으로 일정 높이 돌출되어, 점화수단삽입홀(110)에 밀폐덮개(140)를 결합할 시, 밀폐덮개(140)와 접촉되어, 연소실(100) 내부가 밀폐되도록 하는 밀폐부재(130);와,

상기 점화수단삽입홀(110)에 결합되어, 연소실(100) 내부를 밀폐시키는 밀폐덮개(140);로 구성되어,

연소실(100)이 밀폐되도록 한다.

이때, 연소실(100)의 하부 일측에는, 실험반응유도수단(500) 작동 시, 밀폐된 연소실(100) 및 반응실(200) 내부에 채워진 기체의 압력을 감소시켜, 실험반응유도수단(500)을 보다 쉽게 작동시킬 수 있도록 하는 기체압력감소부재(150);가 더 포함, 구성되어,

실험자가 실험반응유도수단(500)을 보다 용이하게 작동시킬 수 있도록 함으로서, 연소실(100)과 반응실(200)의 압력차를 유지, 크게 하여, 연소실(100)과 반응실(200)의 기체의 순환이 활발히 이루어지도록 한다.

예를 들어, 기체압력감소부재(150)는, 밸브와, 풍선의 결합으로 구성될 수 있으며, 실험반응유도수단(500)의 작동으로 밸브를 통해 공기가 배출, 흡입되어, 밸브에 결합된 풍선이 팽창, 수축된다.(또한, 기체압력감소부재(150)를 이용하여, 밀폐덮개(140)와 함께, 연소실(100)을 세척하거나 환기시켜, 실험 완료 후의 연소실(100)의 컨디션을 관리할 수 있도록 한다.)

반응실(200)은,

상면에 일정 패턴으로 실험반응유도수단(500)이 결합, 고정되도록 반응유도수단결합홈(210);이 형성되고,

반응실(200)에 생성된 용액의 전기 전도도를 실험결과검증수단(600)을 통해, 측정, 확인할 수 있도록, 반응실(200)의 하부 일측에 관통, 형성된 통전부재결합홈(220);

실험 전, 후에, 밀폐된 반응실(200) 내부를 청결하게 유지할 수 있도록, 내부에 잔여된 증류수 또는 용액(이산화 황과 증류수가 반응하여 생성된 산성비)을 배출할 수 있도록 하는 반응실배출부재(230);로 구성되어,

실험반응유도수단(500)과의 결합으로, 실험 반응이 이루어질 수 있도록 함과 동시에, 반응된 실험 결과를 검증하고, 재차 실험할 수 있도록 반응실(200) 내부의 컨디션을 관리(실험 완료 후, 반응실배출부재(230)를 통해, 용액을 모두 배출시켜 반응실(200)을 세척할 수 있다.)할 수 있도록 한다.

또한, 상기 연소실(100)과 반응실(200)을 분리시켜, 각각의 밀폐 공간이 생성되도록 하는 격벽(300)에는,

하부에 형성되어, 연소실(100)에서 생성된 이산화 황이 반응실(200)로 이동할 수 있도록 하는 제 1격벽역류방지밸브(310);

상부에 형성되어, 반응실(200)에 잔여된 공기가 연소실(100)로 이동할 수 있도록 하는 제 2격벽역류방지밸브(320);가 구성되어,

연소실(100)과 반응실(200)의 압력차로 인해,

제 1격벽역류방지밸브(310)를 통해서는 이산화 황이,

제 2격벽역류방지밸브(320)를 통해서는 공기가 각각 한 방향으로만 이동할 수 있도록 하여,

기체의 순환으로, 반응실(200)에서의 이산화 황과 증류수의 반응이 보다 활발하게 이루어지도록 한다.

즉, 격벽(300)으로 인해, 연소실(100)과 반응실(200)의 구역이 구분되고, 제 1격벽역류방지밸브(310)와 제 2격벽역류방지밸브(320)로 인해, 실험 시, 밀폐된 연소실(100)과 밀폐된 반응실(200)에 생성, 잔여되는 기체가 순환되도록 한다.

또한, 연소실(100)에 이산화 황을 생성시키기 위한 점화수단(400)은,

이산화 황을 생성시키기 위한 점화물질(410);

상기 점화물질(410)을 담을 수 있는 점화물질저장용기(420);

상기 점화물질저장용기(420)에 담긴 점화물질(410)을 점화시키는, 점화부(431)와 점화원(432), 점화부(431)와 점화원(432)을 연장시키는 연장케이블(433)로 이루어진 불꽃점화장치(430);로 구성되되,

점화물질저장용기(420)는, 연소실(100) 내부에 위치되고,

불꽃점화장치(430)의 불꽃이 일어나는 점화부(431)는 점화물질저장용기(420)에 고정되어 연소실(100) 내부에 위치되고,

불꽃점화장치(430)의 점화원(432)은 연소실(100) 외부에 위치되어,

점화원(432)을 통해 외부에서도 밀폐된 연소실(100) 내부에 위치한 점화물질저장용기(420)에 담겨진 점화물질(410)을 연소시킬 수 있도록 한다.

이때, 점화물질(410)은 성냥, 점화원(432)은 가스라이터로 구성될 수 있다.

또한, 점화수단(400)은 상기 연소실(100)에 형성된 밀폐덮개(140)에 결합된다.

예를 들어, 연장케이블(433)의 직경만큼 밀폐덮개(140)의 일측을 관통하여, 연장케이블(433)을 삽입, 고정, 밀봉하고, 연소실(100) 내부로 들어간 연장케이블(433)의 단부에 점화부(431)를 결합하고, 점화부(431)와 점화물질저장용기(420)를 결합, 고정하고,

외부에 잔여된 연장케이블(433)의 타단부에는 점화원(432)을 결합하여, 실험자에 의한 점화원(432)의 조작으로, 연장케이블(433)을 통해 연소실(100) 내부에 위치한 점화부(431)에 불꽃 반응이 일어나 점화물질저장용기(420)에 담긴 점화물질(410)을 연소시켜, 밀폐된 연소실(100) 내부에 이산화 황이 생성되도록 한다.

한편, 반응실(200)에 결합되고, 연소실(100)에 생성된 이산화 황과 반응실(200)에 분무(噴霧)되는 증류수가 반응하여 산성비가 생성되도록 실험자에 의해 작동되는 실험반응유도수단(500)은,

반응실(200)의 내, 외부에 결합, 고정되어, 증류수가 반응실(200) 내부로 주입되어 분무(噴霧)되도록 하는 유로(流路)와, 반응실(200) 바닥에 고인 용액(이산화 황과 반응된 증류수)이 흡입되는 유로(流路)를 형성하여, 연소실(100)로부터 유입되는 이산화 황과 증류수가 반응할 수 있도록 하는 산성비생성유로부(510);

반응실(200)의 외부에 형성된 산성비생성유로부(510)의 일측에 결합되어, 실험자에 의한 피스톤 운동으로, 산성비생성유로부(510)를 통해 반응실(200) 내부로 최초에는 증류수를 주입하고, 이후부터는 용액의 주입과 흡입을 반복하여, 연소실(100)과 반응실(200)의 압력차를 발생시키고, 최초 주입한 증류수가 이산화 황과 반응하여 산성비가 생성되도록 하는 피스톤운동부재(520);로 구성되되,

반응실(200) 내부로 주입되는 증류수 및 용액은 분무(噴霧) 방식으로 주입되어, 이산화 황과의 접촉을 증가시켜 반응이 활발하게 이루어지도록 하고,

산성비생성유로부(510)는,

반응실(200)의 내부 및 외부에 위치, 형성되어, 밀폐된 반응실(200) 내부로 증류수가 분무(噴霧) 방식으로 주입되도록 하는 제 1유로모듈(511);

반응실(200)의 내부 및 외부에 위치, 형성되어, 밀폐된 반응실(200) 내부에 고인 증류수 또는 용액이 외부로 배출되도록 하는 제 2유로모듈(512);

상기 제 1유로모듈(511) 및 제 2유로모듈(512)의 일부가 연결, 결합되어, 실험자에 의해 주입, 흡입되는 증류수 또는 용액이, 각각 제 1유로모듈(511)과 제 2유로모듈(512)을 통해, 반응실(200) 내부로 증류수를 주입하거나, 반응실(200)로부터 용액을 흡입할 수 있도록 하는 유로분기역류방지밸브모듈(513);로 구성되어,

밀폐된 반응실(200)의 외부에서 내부로, 내부에서 외부로, 증류수 및 용액(이산화 황과 반응된 증류수)이 실험자에 의한 피스톤운동부재(520)의 조작으로 원활하게 이동할 수 있도록 한다.

이때, 제 1유로모듈(511)은,

반응실(200) 내부 천장에 일정 배열로 하나 이상 형성되어, 외부로부터 주입되는 증류수가 분무(噴霧)되도록 하는 증류수분무노즐(511a);

단부는 상기 증류수분무노즐(511a)이 결합되고, 타단부는 유로분기역류방지밸브모듈(513)에 결합되어, 실험자에 의한 피스톤운동부재(520)의 조작으로 인해 반응실(200) 내부로 증류수 또는 용액이 주입되도록 하는 주입유로관(511b);

상기 주입유로관(511b)을 통해, 증류수 또는 용액만이 반응실(200) 내부로 주입되도록 하는 제 1반응실역류방지밸브(511c);로 구성되어,

연소실(100)에서 생성되어 반응실(200)로 유입되는 이산화 황과 반응될 증류수, 또는, 반응된 용액을 반복적으로 반응실(200)로 주입할 수 있도록 한다.

즉, 분무노즐(511a)은, 증류수를 분무(噴霧)시켜, 연소실(100)로부터 유입되는 이산화 황과의 접촉을 활발하게 함으로서, 증류수와 이산화 황의 반응이 빠르게 이루어질 수 있도록 하고,

반응실(200) 내부로 반복적으로 증류수 또는 용액을 주입함으로서, 산성도가 증가, 산성비가 생성되도록 한다.

또한, 제 2유로모듈(512)은,

반응실(200) 내부 천장에서 바닥까지 연장되어, 주입된 증류수 및 용액이, 실험자에 의한 피스톤운동부재(520)의 조작으로 흡입되도록 하는, 일정 배열로 하나 이상, 관(管) 형상으로 형성되는 용액흡입관(512a);

단부는 상기 용액흡입관(512a)이 결합되고, 타단부는 피스톤운동부재(520)와 결합되고, 일측에 유로분기역류방지밸브모듈(513)과 결합되어, 실험자에 의한 피스톤운동부재(520)의 조작으로 반응실(200) 내부에 담긴 증류수 또는 용액이 흡입되도록 하는 흡입유로관(512b);

상기 흡입유로관(512b)을 통해, 밀폐된 반응실(200) 내부에 담긴 증류수 또는 용액만이 흡입되도록 하는 제 2반응실역류방지밸브(512c);로 구성되어,

연소실(100)에서 생성되어 반응실(200)로 유입되는 이산화 황과 반응될 증류수, 또는, 반응된 용액을 반복적으로 반응실(200) 외부로 흡입할 수 있도록 한다.

즉, 용액흡입관(512a)을 통해, 밀폐된 반응실(200)에 담긴 증류수 또는, 용액을 흡입하여,

반응실(200) 내부로 반복적으로 증류수 또는 용액이 주입되도록 함으로서, 산성도를 증가시켜, 산성비를 생성시킨다.

또한, 유로분기역류방지밸브모듈(513)은,

주입유로관(511b)을 통해 주입되는 증류수 또는 용액이 흡입유로관(512b)으로 이동되는 것을 방지함과 동시에, 흡입유로관(512b)을 통해 흡입되는 증류수 또는 용액이 주입유로관(511b)으로 이동되는 것을 방지하는 분기역류방지밸브(513a);

주입유로관(511b) 및 흡입유로관(512b)의 일측에 결합되어, 주입, 흡입되는 증류수 또는 용액을 다방향으로 분기시키는 다방향용액배출밸브(513b);로 구성되어,

증류수 또는 용액이, 피스톤운동부재(520)의 조작으로 주입유로관(511b) 및 흡입유로관(512b)을 통해, 정해진 이동 경로로 이동할 수 있도록 한다.

즉, 피스톤운동부재(520)를 통해 반응실(200) 내부를 가압하면,

주입유로관(511b)을 통해 증류수 또는 용액이, 밀폐된 반응실(200) 내부에 분무(噴霧)되어 낙하되도록 하고,

피스톤운동부재(520)를 통해 반응실(200) 내부를 감압하면,

흡입유로관(512b)을 통해 증류수 또는 용액이, 밀폐된 반응실(200) 내부로부터 흡입되어, 피스톤운동부재(520)에 임시 저장된다.

또한, 실험의 과정 및 결과를 시각적으로 실시간 확인할 수 있도록 하는 실험결과검증수단(600)은,

밀폐된 반응실(200)에 담긴 용액에 흐르는 전류값을 실시간 측정할 수 있도록 하는 전류계(610);

상기 전류계(610)에 전원을 공급하는 건전지(620);

밀폐된 반응실(200)의 하단 일측에 형성된 통전부재결합홈(220)에 삽입, 고정되되, 일부는 반응실(200) 내부에 관통, 삽입되어 밀폐되고, 일부는 외부로 돌출되어, 상기 전류계(610)와 결합되도록 함으로서, 용액의 전기 전도도를 측정할 수 있도록 하는, 도체(導體)로 형성된 통전부재(630);로 구성되어,

반응실(200)에 담긴 용액의 전기 전도도의 변화를 시각적으로 실시간 확인할 수 있도록 한다.

즉, 실험결과검증수단(600)은,

반응실(200)에 담긴 용액의 전기 전도도를 측정하여, 이산화 황과 반응한 증류수의 수소 이온의 농도 변화(pH 변화)를 실시간 시각적으로 알 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명인, 산성비 생성 원리 실험장치(1)에는,

반응실(200)로 증류수를 주입하거나, 실험 과정 및 실험 완료 후, 반응실(200)에 담긴 용액(이산화 황과 반응된 증류수)를 추출하여, 실험 결과를 확인, 검증할 수 있도록 보조하는 실험과정결과샘플채집수단(700);이 더 포함, 구성될 수 있다.

이러한, 실험과정결과샘플채집수단(700)은,

2개의 구역으로 구분되되,

반응실(200) 내부로 주입시킬 증류수가 임시, 저장되는 제 1격실(710);

반응실(200) 내부로부터 배출되는 이산화 황과 반응된 증류수가 임시, 저장되는 제 2격실(720);로 구성되어,

제 1격실(710)로는, 실험 전, 반응실(200) 내부로 최초로 주입되는 증류수가 담기고,

제 2격실(720)로는, 실험 중(中)과, 실험 종료 후, 반응실(200) 내부로부터 흡입되고, 주입되는 용액이 담기어,

산성비의 생성 실험을 보조함과 더불어, 제 2격실(720)에 담긴 용액을, pH 시험지와 BTB용액을 이용하여, 용액의 산성도를 쉽게 측정할 수 있도록 한다.

즉, 반응이 진행되는 동안 전류계(610)를 이용하여, 밀폐된 반응실(200)에 담긴 용액의 전기 전도도를 측정하고, 이와 관련하여, 피스폰운동부재(520)의 왕복 횟수에 따른 용액의 수소 이온의 농도의 변화 관계를 정의, 정리할 수 있도록 한다.

한편, 본 발명인, 산성비 생성 원리 실험장치(1)를 통해 학습할 수 있는 과학적 원리라 함은,

도 5에 도시된 바와 같이,

예를 들어,

1. 연소실(100) 내에 존재하는 공기와 이산화 황은, 밀도 차이에 의해, 공기보다 이산화 황이 아래로 내려앉는다는 과학적 원리를 이용하여, 제 1격벽역류방지밸브(310)를 통해 이산화 황이 반응실(200)로 이동하도록 한다는 것과,

2. 고기압에서 저기압으로 기체가 이동한다는 과학적 원리를 이용하여, 연소실(100)에서 연소되는 순간 상승되는 기압에 의해, 연소실(100)에서 반응실(200)로 기체가 이동하고, 피스톤운동부재(520)를 이용하여, 반복적으로 반응실(200)의 기압을 상승, 하강시켜, 연소실(100)과 반응실(200)의 기체가 순환되도록 함으로서, 이산화 황과 분무(噴霧)되는 증류수가 활발하게 반응되도록 한다는 것과,

3. 반응실(200)로 분무(噴霧)되는 증류수는, 순수 H₂O만 존재하여 이온화되지 않으므로 전류가 흐르지 않지만, 전류가 흐르지 않는 증류수가 이산화 황과 반응하여 산성비로 변화되고, 변화된 증류수에 전류가 흐르면서, 증류수가 이산화 황과 반응하면서, 전해질(물 등에 용매가 녹아 이온으로 해리되어 전류를 흐르게 하는 물질)이 생성된다는 과학적 원리를,

산성비 생성 원리를 실험하면서, 자연스럽게 습득할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성요소 중, 연소실(100)과 반응실(200) 간의 관계를 간략하게 부가하면,

연소실(100)에서 연소된 황(이산화 황)은, 공기보다 비중이 2.22배 높아, 연소실(100) 내부에서 이산화 황은 하강하고, 남은 공기는 상승하므로, 격벽(300)의 하부에 형성된 제 1격벽역류방지밸브(310)를 통해 이산화 황이, 반응실(200) 내부에서 분무(噴霧)되는 증류수와 반응하기 위해 반응실(200)로 이동하고, 반응실(200)에서 반응된 이산화 황 이외에, 반응실(200)에 잔여되어 있는 공기는 상승하여 격벽(300)의 상부에 형성된 제 2격벽역류방지밸브(320)를 통해 다시 연소실(100)로 이동하는 것으로, 연소실(100)과 반응실(200)의 기체가 순환되도록 한다.(피스톤운동부재(520)의 반복적인 조작으로, 반응실(200)과 연소실(100) 간 압력차를 발생시켜, 기체가 고기압에서 저기압으로 이동한다는 과학적 원리를 이용, 연소실(100)과 반응실(200)의 기체가 용이하게 이동, 순환되도록 한다.)

즉, 본 발명은,

산성비 생성 원리를 실험하기 위해 필요한 연소 가스가 외부로 배출되지 않으므로, 해로운 연소 가스와 실험자 및 실험 참가자와의 접촉을 차단시키고, 연소 방식 또한 안전하여, 안전하고 위생적인 실험이 이루어지도록 한다.

또한, 산성비의 생성 원리를 시각적으로 학습할 수 있으며,

밀폐된 공간에서 실험이 이루어지도록 함으로서, 비교적 적은 양의 황을 연소시켜도, 증류수와의 효과적인 반응을 유도하며,

연소된 기체의 이동, 증류수와 만나는 과정을 실제 산성비가 내리는 것과 동일한 방법으로 실험할 수 있도록 하여,

산성비 생성 원리를 쉽게 학습할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명인 산성비 생성 원리 실험장치(1)를 이용한 실험 방법을, 도 7을 참조하여, 보다 구체적으로 설명하면,

먼저, 연소실실험준비단계(S100)에서는,

점화수단삽입홀(110)을 통해 연소실(100) 내부에 점화물질(410)이 담긴 점화물질저장용기(420)가 위치하도록 밀폐시키고,

반응실실험준비단계(S200)에서는,

반응실(200)을 밀폐시키고,

증류수주입단계(S300)에서는,

밀폐된 반응실(200) 내부로 실험과정결과샘플채집수단(700)의 제 1격실(710)에 담긴 증류수를, 피스톤운동부재(520)로 일정량 분무(噴霧)시키고,

증류수정보확인단계(S400)에서는,

실험결과검증수단(600)을 통해, 밀폐된 반응실(200)에 최초 분무(噴霧)된 증류수의 전기 전도도와, 산성도를 확인하고,

점화단계(S500)에서는,

불꽃점화장치(430)를 이용하여, 밀폐된 연소실(100) 내부에 점화물질(410)을 연소시켜 이산화 황을 생성시키고,

산성비생성단계(S600)에서는,

피스톤운동부재(520)를 반복적으로 조작하여, 연소실(100)에 생성된 이산화 황을 제 1격벽역류방지밸브(310)를 통해 반응실(200)로 유입시켜, 분무(噴霧)되는 증류수와 접촉, 반응되도록 하고, 반응된 후, 반응실(200)에 잔여된 기체는 다시 제 2격벽역류방지밸브(320)를 통해 연소실(100)로 이동시켜, 밀폐된 연소실(100)과 반응실(200)의 기체를 순환시키고,

증류수전기전도도확인단계(S700)에서는,

상기 산성비생성단계(S600)에서 이산화 황과 접촉, 반응된 증류수의 전기 전도도를 실험결과검증수단(600)을 통해, 증류수가 이산화 황과 반응하여 산성비로 변화되는 것을 실시간 확인하고,

증류수추출단계(S800)에서는,

반응실(200)에서 충분하게 이산화 황과 반응되어 산성화된 용액을 실험과정결과샘플채집수단(700)의 제 2격실(720)로 일정량 추출하고,

실험결과확인단계(S900)에서는,

상기 증류수추출단계(S800)에서 추출한 용액을, pH 시험지와 BTB용액을 이용하여, 산성도를 측정, 확인하고, 실험 결과를 획득하는 것으로 실험이 종료된다.

실험 결과는, 예를 들어,

피스톤운동부재(520)의 조작 횟수에 따른 전기 전도도와, 산성도의 변화를 도출할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

따라서, 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있으므로, 본 발명의 실시 예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 아니되며 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

본 발명은 산성비 생성 원리 실험장치에 관한 것으로서, 실험자 및 실험 참가자가 산성비의 생성 원리 및 이와 관련된 과학적 원리를 시각적으로 쉽게 이해, 학습할 수 있도록 하므로, 교육용 실험 장치를 제작, 판매하는 교육용 기자재 산업분야 증진에 기여하는 데에 적용할 수 있다.

`1: 산성비 생성 원리 실험장치
100: 연소실 110: 점화수단삽입홀
120: 밀폐부재삽입홈 130: 밀폐부재
140: 밀폐덮개 150: 기체압력감소부재
200: 반응실 210: 반응유도수단결합홈
220: 통전부재결합홈 230: 반응실배출부재
300: 격벽 310: 제 1격벽역류방지밸브
320: 제 2격벽역류방지밸브
400: 점화수단 410: 점화물질
420: 점화물질저장용기 430: 불꽃점화장치
431: 점화부 432: 점화원
433: 연장케이블
500: 실험반응유도수단 510: 산성비생성유로부
511: 제 1유로모듈 511a: 증류수분무노즐
511b: 주입유로관 511c: 제 1반응실역류방지밸브
512: 제 2유로모듈 512a: 용액흡입관
512b: 흡입유로관 512c: 제 2반응실역류방지밸브
513: 유로분기역류방지밸브모듈 513a: 분기역류방지밸브
513b: 다방향용액배출밸브 520: 피스톤운동부재
600: 실험결과검증수단 610: 전류계
620: 건전지 630: 통전부재
700: 실험과정결과샘플채집수단 710: 제 1격실
720: 제 2격실
S100: 연소실실험준비단계 S200: 반응실실험준비단계
S300: 증류수주입단계 S400: 증류수정보확인단계
S500: 점화단계 S600: 산성비생성단계
S700: 증류수전기전도도확인단계 S800: 증류수추출단계
S900: 실험결과확인단계

Claims (3)

1. 산성비 생성 원리 실험장치(1)에 있어서,
   실험을 위한 이산화 황을 생성시키는 일정 공간으로 이루어진 밀폐된 투명한 연소실(100);
   상기 연소실(100)에서 생성되는 이산화 황이 압력차에 의해 유입되어 증류수와 반응하도록 하는 일정 공간으로 이루어진 밀폐된 투명한 반응실(200);
   상기 연소실(100)과 반응실(200)을 분리시키는 격벽(300);
   상기 연소실(100) 내부의 일정 위치에 위치, 고정되어, 밀폐된 연소실(100) 내부에 이산화 황이 생성되도록 하는 점화수단(400);
   상기 반응실(200)의 외부 및 내부에 형성되어, 반응실(200)에 실험을 위한 일정량의 증류수를 분무(噴霧)하여 유입시킴과 동시에, 연소실(100)과 반응실(200)에 압력차를 발생시켜, 점화수단(400)을 통해 연소실(100)에 생성된 이산화 황이 반응실(200)로 이동하도록 하는 실험반응유도수단(500);으로 구성되어,
   점화수단(400)을 통해, 밀폐된 연소실(100) 내부에 이산화 황을 생성시키고, 실험반응유도수단(500)에 의해, 밀폐된 반응실(200)로 연소실(100) 내부에 생성된 이산화 황이 이동하여, 증류수와 반응, 이산화 황과의 반응으로 증류수가 산성으로 변화되어 산성비로 생성되는 원리를 시각적으로 확인, 실험할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는,
   산성비 생성 원리 실험장치.
2. 제 1항에 있어서,
   산성비 생성 원리 실험장치(1)에는,
   반응실(200)의 하부 일측에 형성되어, 이산화 황과 반응하여 내리는 증류수의 산성도를 측정, 검증할 수 있도록 하는 실험결과검증수단(600);을 더 포함, 구성하여,
   산성비의 생성 원리의 실험 결과를 시각적으로 확인, 검증할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는,
   산성비 생성 원리 실험장치.
3. 제 1항에 있어서,
   연소실(100)과 반응실(200)을 분리시키는 격벽(300)에는,
   하부에 형성되어, 연소실(100)에서 생성된 이산화 황이 반응실(200)로 이동할 수 있도록 하는 제 1격벽역류방지밸브(310);
   상부에 형성되어, 반응실(200)에 잔여된 공기가 연소실(100)로 이동할 수 있도록 하는 제 2격벽역류방지밸브(320);가 구성되어,
   연소실(100)과 반응실(200)의 압력차로 인해,
   제 1격벽역류방지밸브(310)를 통해서는 이산화 황이,
   제 2격벽역류방지밸브(320)를 통해서는 공기가 각각 한 방향으로만 이동할 수 있도록 하여,
   기체의 순환으로, 반응실(200)에서의 이산화 황과 증류수의 반응이 보다 활발하게 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는,
   산성비 생성 원리 실험장치.

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