KR100971187B1 - 대기 에어로솔 자동포집장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기 에어로솔 자동포집장치에 관한 것으로서, 일정한 방향으로 회전하는 회전판과, 상기 회전판을 회전시키는 회전모터와, 상기 회전판의 상부면에 안착되어 회전하며 대기 중의 미립자를 포집하는 필터와, 상기 필터의 바깥면 일측에 일정 간극을 두고 상하로 나뉘어 서로 대응하게 형성되는 한 쌍의 공기흡입관과, 상기 필터의 하부에 형성된 공기흡입관의 끝단에 설치되는 흡입펌프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 대기 에어로솔 자동포집장치는, 에어로솔을 포집하는 필터가 시간의 변화에 따라 일방향으로 회전하면서 자동으로 상기 에어로솔이 포집되게 함으로써 노동력의 낭비를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한 정확한 시간 간격으로 에어로솔이 포집되므로 장기간 연속적인 관점에서 신뢰성 있는 분석 결과를 실시간으로 도출할 수 있는 장점이 있다.

대기, 에어로솔, 미세먼지, 미립자, 포집

Description

대기 에어로솔 자동포집장치{AUTOMATIC COLLECTION SAMPLER OF ATMOSPHERE AEROSOL}

본 발명은 대기 에어로솔 자동포집장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대기 중 부유 입자상 물질의 형태와 크기 및 화학적 조성을 분석하기 위해 필터를 이용하여 대기 중의 입자를 포집하는 대기 에어로솔 자동포집장치에 관한 것이다.

일반적으로 대기 에어로솔이라 함은 대기오염물질 등 기체중에 분산되어 부유하는 고체 또는 액체의 미립자를 뜻하는 것으로, 상기 대기 에어로솔은 지구온난화 및 기후변화와 밀접하게 연관되어 있고 대기오염을 유발하는 물질로서 사회·경제적인 피해가 매우 크고 관심 또한 증대되고 있다.

특히 급속한 산업변화로 인하여 다양한 형태의 오염물질들이 대기 중에 방출되고 있어, 인류는 심각한 오염상태로 직면하게 되었고, 이 오염물질들은 대부분 인체에 유해한 물질이다.

이와 같은 오염물질 입자는 크기에 따라 표면적이 다르며, 입자의 크기가 작은 것은 대기 중에 부유되는 중금속 등과 상호 흡착되어 비표면적이 급속히 증가하게 된다.

따라서 큰 입자보다는 작은 입자에서 중금속의 농축농도는 급격히 증가하며, 대기 중의 중금속은 입자상 물질의 표면에 흡착되어 인체에 유입되고, 유입된 중금속은 체내에 축적되어 치명적인 질병을 유발시키게 되는 것이다.

이러한 영향으로 최근 인체의 유해성과 대기질 측면에서 다양한 실내 및 실외 환경기준들이 마련되고 있고, 이와 같은 환경기준에 따라 대기질을 항시 감시하기 위한 대기 중의 에어로솔을 포집하고 분석할 수 있는 장치 및 방법들이 요구되고 있다.

최근 레이더, 인공위성 등과 같은 원격탐사장비를 통하여 광범위한 지역의 에어로솔을 추정할 수 있게 되었지만, 이러한 원격탐사장비는 수증기, 구름, 오존층, 지표반사, 강수 등의 간섭으로 정확한 자료의 획득에 어려움이 있으며, 에어로솔의 정확한 크기나 화학적 조성을 파악하기는 어렵다. 따라서 실제 관측을 통하여 대기 중의 에어로솔을 포집하여 입자의 크기와 형태 및 화학적 조성을 조사하는 것이 매우 중요한데, 이러한 장치들로는 싸이클론(cyclone), 전기집진기(ESP), 필터(filter), 임펙터(impactor) 등이 있으며, 주로 고체표면에 에어로솔을 포집하는 방식을 이용하고 있다.

상기와 같은 종래의 장치들은 대기 중의 에어로솔을 여과지나 필터에 포집하여 심층분석하게 되는데, 에어로솔의 농도는 포집 전후의 필터의 무게차를 측정하거나 포집된 필터에 빛을 조사한 후 투과된 빛의 양을 이용하여 계산하였다. 또한 중금속 성분을 분석하기 위해서는 포집된 필터를 산, 가열 등의 다양한 전처리방법으로 흡착된 중금속을 용해하여 사용하였다.

그러나 에어로솔의 심층분석을 위해서는 장기간 연속적인 관점에서 실시간으로 에어로솔의 포집이 필요한데, 종래에는 실시간 포집을 위해서 사람이 직접 일정 시간마다 필터를 교체하여야 하기 때문에 노동력이 낭비되고, 정확한 시간 간격으로 필터를 교체하지 못하게 되면 에어로솔을 분석하는데 있어서 상당한 오차가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 대기 중의 에어로솔을 장기간 연속적인 관점에서 실시간으로 분석하기 위해 상기 에어로솔을 포집하는 필터의 교체 없이 시간의 변화에 따른 정확한 에어로솔의 포집이 자동으로 이루어질 수 있는 대기 에어로솔 자동포집장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대기 에어로솔 자동포집장치는, 일정한 방향으로 회전하는 회전판과, 상기 회전판을 회전시키는 회전모터와, 상기 회전판의 상부면에 안착되어 회전하며 대기 중의 미립자를 포집하는 필터와, 상기 필터의 바깥면 일측에 일정 간극을 두고 상하로 나뉘어 서로 대응하게 형성되는 한 쌍의 공기흡입관과, 상기 필터의 하부에 형성된 공기흡입관의 끝단에 설치되는 흡입펌프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 회전판의 상부면에는 고정수단이 구비되어 상기 필터가 상기 회전판에 탈착 가능하게 고정되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 회전모터 및 흡입펌프에는 각각의 작동을 제어하는 마이컴이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 마이컴에는 타이머가 더 포함되어, 상기 회전모터 및 흡입펌프의 작동 시간 간격을 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 회전모터는 상기 마이컴에 의해 일정한 시 간 간격을 두고 소정의 각도만큼 회전하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 흡입펌프는 상기 마이컴에 의해 상기 회전모터가 회전할 시에는 작동을 멈추는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 대기 에어로솔 자동포집장치는, 에어로솔을 포집하는 필터가 시간의 변화에 따라 일방향으로 회전하면서 자동으로 상기 에어로솔이 포집되게 함으로써 노동력의 낭비를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한 정확한 시간 간격으로 에어로솔이 포집되므로 장기간 연속적인 관점에서 신뢰성 있는 분석 결과를 실시간으로 도출할 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 바람직한 실시 예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.

또한, 하기 설명에서 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들 없이도, 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 대기 에어로솔 자동포집장치를 도시하는 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 대기 에어로솔 자동포집장치는, 일정한 방향으로 회전하는 회전판(10)과, 상기 회전판(10)을 회전시키는 회전모터(30)와, 상기 회전판(10)의 상부면에 안착되어 회전하며 대기 중의 미립자를 포집하는 필터(50)와, 상기 필터(50)의 바깥면 일측에 일정 간극을 두고 상하로 나뉘어 서로 대응하게 형성되는 한 쌍의 공기흡입관(70)과, 상기 필터(50)의 하부에 형성된 공기흡입관(70)의 끝단에 설치되는 흡입펌프(90)를 포함하여 구성된다.

먼저 회전판(10)에 대해 설명하도록 한다.

상기 회전판(10)은 회전모터(30)에 의해 일정한 방향으로 회전하는 것으로, 필터(50)가 안정적으로 안착될 수 있는 구조인 원판형의 구조로 형성되는 것이 바람직하나 그 형상은 원판형에 한정되지 않고 당업자에 의해 다양하게 선택될 수 있을 것이다. 여기서 상기 회전판(10)은 상기 필터(50)보다 작게 형성되어 상기 필터(50)의 의 중앙 부분만이 안착되도록 한다.

특히 회전판(10)의 상부면에는 고정수단(60)이 구비되는 것이 바람직한데, 이는 상기 필터(50)가 상기 회전판(10)에 탈착 가능하게 고정되도록 하기 위함이다. 여기서 상기 고정수단(60)은 상기 회전판(10)에 후크결합 또는 나사결합으로 탈착가능하게 고정될 수 있는데, 이러한 경우에는 필터(50)의 특정위치에 고정수단(60)이 끼워지기 위한 개구가 형성되어야 한다. 다른 방법으로는 상기 고정수단(60)이 자석으로 이루어져 필터(10)를 고정할 수 있는데, 이러한 경우에는 회전판(10)이 금속으로 형성되어야 하며, 필터(50)는 자석으로 이루어진 고정수단(60)과 회전판(10) 사이에 맞물려 고정되게 된다.

다음으로 회전모터(30)에 대해 설명하도록 한다.

상기 회전모터(30)는 회전축이 일정한 방향으로 회전하는 일반적인 모터를 뜻하는 것이지만, 일반적인 모터와 같이 지속적으로 회전하는 것이 아니라 후술할 마이컴(80)에 의해 그 회전 간격이 제어되는데, 상세한 설명은 후술할 마이컴(80) 부분에서 상세히 설명하도록 한다.

다음으로 필터(50)에 대해 설명하도록 한다.

상기 필터(50)는 고정수단(60)에 의해 회전판(10)에 안착 고정되어 회전하는데, 상기 회전판(10)보다 큰 둘레의 원판형으로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서 상기 필터(50)는 회전판(10)과 같이 회전하면서 상기 회전판(10)에 접촉되지 않는 필터(50)의 바깥 둘레 부분으로 에어로솔이 포집되는 것이다. 상기 필터(50)는 통상적인 에어로솔 포집장치에서 사용되는 이미 공지된 기술의 필터(50)에 해당하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

다음으로 공기흡입관(70)과 흡입펌프(90)에 대해 설명하도록 한다.

상기 공기흡입관(70)은 대기 중의 에어로솔을 필터(50)에 포집시키기 위해 외부의 공기가 흡입되는 관 형상의 공기 통로로, 필터(50)의 바깥면 일측을 기준으로 일정 간극을 두고 상하로 나뉘어져 서로 대응하게 형성된다. 상기 필터(50)의 하부에 형성되는 공기흡입관(70)의 끝단에는 흡입펌프(90)가 설치되는데, 이 흡입펌프(90)의 흡입력으로 상기 공기흡입관(70)을 통해 대기 중의 에어로솔이 흡입되게 되고, 이때 상하로 나누어진 공기흡입관(70) 사이의 필터(50) 일측에 에어로솔이 포집되는 것이다.

여기서 상기 공기흡입관(70)과 필터(50)와의 간극이 너무 멀어지게 되면 공기흡입관(70)을 통한 흡입력이 저하되고, 간극이 너무 가깝게 되면 필터(50)가 회전시 공기흡입관(70)과 충돌할 우려가 있기 때문에 공기흡입관(70)과 필터(50)와의 간극은 당업자에 의해 적절히 조절되어야 할 것이다.

다음으로 회전모터(30) 및 흡입펌프(90)의 작동을 제어하는 마이컴(80)에 대해 설명하도록 한다.

상기 마이컴(80)은 회전모터(30) 및 흡입펌프(90)와 전기적으로 연결되어 각각의 작동을 제어하는데, 상기 회전모터(30) 및 흡입펌프(90)의 작동 시간 간격을 제어하는 타이머(82)가 더 포함된다.

여기서 상기 마이컴(80)은 회전모터(30)가 일정한 시간 간격을 두고 소정의 각도만큼 회전되도록 하는데, 이로 인해 회전판(30)에 안착되어 회전하는 필터(50) 의 바깥면 둘레는 시간 간격에 따라 다수의 영역으로 구획되고, 구획된 영역에는 시간 간격에 따라 에어로솔이 정확하게 포집되는 것이다.

그리고 상기 마이컴(80)은 회전모터(30)가 회전할 시에는 흡입펌프(90)의 작동이 멈추도록 하는데, 이는 도 2와 같이 시간 간격에 따른 포집 영역의 구분을 명확히 하기 위해서이다. 따라서 포집된 에어로솔을 분석할 시에 시간에 따른 정확한 데이터를 산출할 수 있게 되는 것이다.

이하, 상술한 바와 같은 구성으로 작용하는 본 발명의 작동 실시 예를 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 작동 실시 예에 의해 에어로솔이 포집된 필터를 도시하는 평면도이다.

도 2를 참조하면 알 수 있듯이, 필터(50)의 바깥면에 일정 구역별로 에어로솔이 포집되어 있다. 이는 마이컴(80)의 제어에 의해 일정 시간 간격으로 회전모터(30)가 회전하기 때문에 회전판(10)에 안착된 필터(50)가 이와 연동하여 회전하게 되고, 상기 필터(50)가 회전할 때에는 흡입펌프(90)의 작동이 멈추도록 하여 포집 영역이 시간 간격에 따라 명확히 구분되는 것이다.

회전모터(30) 및 흡입펌프(90)의 작동 시간 및 그 시간 간격은 마이컴(80)을 이용해 당업자가 적절히 조절할 수 있는데, 일 예를 들어 지정된 시간에 맞춰 필터(50)가 15°씩 회전되도록 하면 하나의 필터(50)를 24구간(360/15=24)으로 나누어 에어로솔을 포집할 수 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따르면, 대기 에어로솔 입자의 형태와 크기 및 화학적 성분을 분석하기 위한 샘플을 시간의 변화에 따라 자동으로 쉽게 포집할 수 있으며, 인력 낭비와 자료의 유실을 최소화하여 더욱 정확한 자료의 수집이 가능하게 될 것이다.

또한 본 발명의 대기 에어로솔 자동포집장치를 도시대기측정소 등에 설치함으로써 에어로솔의 정량적인 분석과 함께 정성적인 분석을 수행할 수 있으며, 대기환경의 조성 성분을 파악하여 대기오염 모니터링 등에 이용할 수 있게 된다.

특히 황사 발생시 대륙에서 장거리 수송에 의한 에어로솔의 물리, 화학적 특성을 시계열적으로 파악하는데 기여할 수 있게 될 것이다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 본 발명의 개념과 특정 실시 예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 형상의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 해당 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한 상기에서 기술된 실시 예는 본 발명에 따른 하나의 실시 예일 뿐이며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 대기 에어로솔 자동포집장치를 도시하는 측단면도.

도 2는 본 발명의 작동 실시 예에 의해 에어로솔이 포집된 필터를 도시하는 평면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 회전판 30: 회전모터

50: 필터 60: 고정수단

70: 공기흡입관 80: 마이컴

82: 타이머 90: 흡입펌프

Claims (6)

1. 필터를 통해 대기 중의 미립자를 포집하는 대기 에어로솔 자동포집장치에 있어서,

   일정한 방향으로 회전하는 회전판(10);

   상기 회전판(10)을 회전시키는 회전모터(30);

   상기 회전판(10)의 상부면에 안착되어 회전하며 대기 중의 미립자를 포집하는 필터(50);

   상기 필터(50)의 바깥면 일측에 일정 간극을 두고 상하로 나뉘어 서로 대응하게 형성되는 한 쌍의 공기흡입관(70);

   상기 필터(50)의 하부에 형성된 공기흡입관(70)의 끝단에 설치되는 흡입펌프(90);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대기 에어로솔 자동포집장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 회전판(10)의 상부면에는 고정수단(60)이 구비되어 상기 필터(50)가 상기 회전판(10)에 탈착 가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 대기 에어로솔의 자동포집장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 회전모터(30) 및 흡입펌프(90)에는 각각의 작동을 제어하는 마이컴(80) 이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 대기 에어로솔 자동포집장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 마이컴(80)에는 타이머(82)가 더 포함되어, 상기 회전모터(30) 및 흡입펌프(90)의 작동 시간 간격을 제어하는 것을 특징으로 하는 대기 에어로솔 자동포집장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 회전모터(30)는 상기 마이컴(80)에 의해 일정한 시간 간격을 두고 소정의 각도만큼 회전하는 것을 특징으로 하는 대기 에어로솔 자동포집장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 흡입펌프(90)는 상기 마이컴(80)에 의해 상기 회전모터(30)가 회전할 시에는 작동을 멈추는 것을 특징으로 하는 대기 에어로솔 자동포집장치.

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