JP2023515512A - 光散乱式微細塵測定装置 - Google Patents

光散乱式微細塵測定装置 Download PDF

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Abstract

「光散乱式微細塵測定装置」が開示される。本発明に係る「光散乱式微細塵測定装置」は、外気が流入される流入口と、微細塵濃度を測定した測定空気が排出される出口とがそれぞれ備えられるケーシングと；前記ケーシングの内部に前記流入口と前記出口とを連結し、前記外気が移動する空気流路と；前記ケーシングの外側に備えられて外気の温度と相対湿度とを測定する外部温湿度センサ；とを備える。

Description

本発明は、微細塵測定装置に関し、より詳細には、空気中に含まれた微細塵濃度を光散乱式微細塵センサを用いて正確に測定することができる微細塵測定装置に関するものである。
空気中の微細塵濃度を測定するために光散乱方式の微細塵測定装置が使用される。光散乱方式の微細塵測定装置は、微細塵に光をあてて散乱される光を受光して微細塵濃度を測定する方式である。
従来の技術による光散乱式微細塵測定装置は、微細塵によって散乱されたレーザを検出する複数のセンサを備え、基準時間の間に測定された値を平均して微細塵濃度を測定することが一般的である。
ところで、空気中の相対湿度が高くなると空気中に気化されていた水分子が微細塵に吸着して液状となる。このように液状の水分子と結合された微細塵は、体積がより大きくなる。
すなわち、相対湿度が高いほど水分子と結合されるダスト粒子の体積はさらに大きくなり、従来の光散乱式微細塵測定装置は、超微細塵を微細塵と誤認することがあり、体積が大きくなった微細塵は、大きなほこりと見なされて微細塵として測定されなくなる。
このような光散乱式微細塵測定装置は、リアルタイム測定が可能であり、価格が安い方であるが、上に言及したように相対湿度による測定値の正確度が低いという問題点があった。
これに対し、ヒータを装着して流入される空気の湿度を調節する光散乱式微細塵測定装置が開発されたことがあるが、流入口が最上部に配置されて外気を内部に流入させるために、別途の真空ポンプを使わなければならず、間接ヒーティング方式で相対湿度を下げるために、測定に多くの時間とエネルギーがかかり、また、体積が大きいという短所があった。
また、微細塵の組成成分によって空気中の水分を吸湿する相対湿度環境が異なって、場所によって微細塵の種類が異なるので、相対湿度を知っていても微細塵量を予測して補正することができず限界がある。
また、従来の光散乱式微細塵測定装置は、流入口を介して流入される空気中に含まれた微細塵が静電気により流入口とその周辺に吸着され、正確な微細塵濃度を測定できないという問題があった。
本発明の目的は、空気中の相対湿度に関係なく空気中に含まれた微細塵量を光散乱方式で正確に測定し得る光散乱式微細塵測定装置を提供することである。
本発明の他の目的は、流入口の静電気発生を最小化して微細塵測定精度を向上させることができる光散乱式微細塵測定装置を提供することである。
本発明における光散乱式微細塵測定装置は、外気が流入される流入口１１１ａと微細塵濃度を測定した空気が排出される出口１１３ａとがそれぞれ備えられるケーシング１１０と；前記ケーシング１１０の内部に前記流入口１１１ａと前記出口１１３ａとを連結し、前記外気が移動する空気流路１２０と；前記ケーシング１１０の外側に備えられ、外気の温度と相対湿度を測定する外部温湿度センサ１４０とを含む。
この時、前記流入口１１１ａ側の空気流路１２０上に備えられるヒータ１３０と；前記ヒータ１３０と前記出口１１３ａとの間の空気流路１２０上に備えられ、前記ヒータ１３０を経由して移動された測定空気の微細塵濃度を測定する光散乱式微細塵センサ１６０と；前記ヒータ１３０と前記光散乱式微細塵センサ１６０との間の空気流路１２０上に備えられ、前記測定空気の温度と相対湿度とを測定する内部温湿度センサ１５０とを含むことが好ましい。
本発明に係る光散乱式微細塵測定装置は、外気の相対湿度が高い場合、外気をヒータにより加熱して相対湿度を下げて微細塵濃度測定の正確度を高めることができる。
また、外気が移動する移動路の内壁面に帯電防止層を形成し、または移動路を静電気防止材料で製作して、従来の静電気により微細塵が流入路に付着して微細塵測定結果に誤差が発生した問題を解決することができる。
また、本発明に係る光散乱式微細塵測定装置は、ヒータから光散乱式微細塵センサに至るセンシング流路の内壁面に断熱層を形成して温度が上昇した測定空気の熱損失を最小化して微細塵濃度測定結果の信頼度を確保することができる。
本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置の構成を示す斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置の側断面構成を示す側断面図である。 本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置の正断面構成を示す正断面図である。 本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置の構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の光散乱式微細塵測定装置の空気流路の変形例を示す例示図である。 本発明の光散乱式微細塵測定装置の空気流路の変形例を示す例示図である。 本発明の光散乱式微細塵測定装置の空気流路の変形例を示す例示図である。 本発明の光散乱式微細塵測定装置の微細塵の測定過程を示すフローチャートである。
以下、本発明の好適な実施形態及び添付の図面を参照して本発明を詳細に説明するものの、図面の同一の参照符号は同一の構成要素を示すことを前提して説明する。
発明の詳細な説明または特許請求の範囲の何れか一つの構成要素が他の構成要素を「含む」とする時、これは特に反対になる記載がない限り、当該構成要素のみからなるものに限定して解釈されず、他の構成要素をさらに含むことができることを理解されたい。
図１は、本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置１００の構成を示す斜視図であり、図２は、光散乱式微細塵測定装置１００の側断面構成を示す側断面図であり、図３は、光散乱式微細塵測定装置１００の正断面構成を示す正断面図であり、図４は、光散乱式微細塵測定装置１００の制御構造を概略的に示すブロック図である。
図示のように、本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置１００は、外気（Ａ１）が流入される流入口１１１ａと、測定空気（Ａ２）が排出される出口１１３ａとがそれぞれ形成されるケーシング１１０と、ケーシング１１０の内部に流入口１１１ａと出口１１３ａとを連結形成し、外気が微細塵濃度を測定した後、外部に排出されるように案内する空気流路１２０と、流入口１１１ａ側に備えられるヒータ１３０と、ケーシング１１０の外部に備えられ、外気の温度と相対湿度とを測定する外部温湿度センサ１４０と、ヒータ１３０の上部に備えられ、ヒータ１３０によって加熱された測定空気（Ａ２）の温度と相対湿度とを測定する内部温湿度センサ１５０と、内部温湿度センサ１５０と出口１１３ａとの間に配置され、測定空気（Ａ２）の微細塵濃度を光散乱方式で測定する光散乱式微細塵センサ１６０と、外部温湿度センサ１４０で測定した外気（Ａ１）の相対湿度に応じてヒータ１３０を選択的に駆動して外気（Ａ１）の相対湿度を低める制御部１８０と、を含む。
ここで、外気（Ａ１）は、図２に示すように、ケーシング１１０の外部から流入口１１１ａを介して流入される空気をいい、外部温度（Ｔ１）と外部相対湿度（Ｗ１）とを有する。
測定空気（Ａ２）は、光散乱式微細塵センサ１６０と接触して微細塵濃度が測定される空気をいい、内部温度（Ｔ２）と内部相対湿度（Ｗ２）とを有する。
測定空気（Ａ２）は、外気（Ａ１）の相対湿度によって外気（Ａ１）と同一の温度と相対湿度を有し（Ｔ１＝Ｔ２、Ｗ１＝Ｗ２）、または外気（Ａ１）がヒータ１３０によって加熱された状態であってもよい（Ｔ２＞Ｔ１、Ｗ２＜Ｗ１）。
本発明に係る光散乱式微細塵測定装置１００は、外気（Ａ１）の相対湿度に応じてヒータ１３０が外気（Ａ１）を選択的に加熱して外気（Ａ１）の相対湿度を下げて測定空気（Ａ２）に対する微細塵測定精度を向上させる。
ケーシング１１０は、外気（Ａ１）が流入された後、光散乱式微細塵センサ１６０によって、微細塵濃度が測定されるように各構成を支持する。ケーシング１１０は、流入口１１１ａが形成された流入ブロック１１１と、出口１１３ａが形成された出口ブロック１１３と、ヒータ１３０が収容されたヒーティングブロック１１５と、光散乱式微細塵センサ１６０が収容されたセンシングブロック１１７と、ヒーティングブロック１１５とセンシングブロック１１７との間に備えられて内部温湿度センサ１５０を支持するスペーサ１１９と、を含む。
空気流路１２０は、ケーシング１１０の内部に形成され、流入口１１１ａと出口１１３ａとの間を分岐しない１つの経路で連結する。空気流路１２０は、図２と図３に示すように流入口１１１ａに流入された外気（Ａ１）をヒーティングブロック１１５に案内する流入流路１２１と、ヒーティングブロック１１５に形成され、外気（Ａ１）がヒータ１３０を経由した後、スペーサ１１９に移動するように案内するヒーティング流路１２３と、内部温湿度センサ１５０を経由した測定空気（Ａ２）をセンシングブロック１１７の入口へ案内する連結流路１２４と、センシングブロック１１７に形成され、測定空気（Ａ２）が光散乱式微細塵センサ１６０を経由して出口ブロック１１３に移動するように案内するセンシング流路１２５と、出口ブロック１１３に形成され、センシング流路１２５を経由した測定空気（Ａ２）を出口１１３ａへ案内する出口流路１２７と、を含む。
流入ブロック１１１は、ケーシング１１０の最下部に配置されて外気（Ａ１）が内部に流入されるようにする。本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置１００は、流入口１１１ａが下部に位置し、且つ出口１１３ａが上部に位置する構造を有する。そして、流入口１１１ａから出口１１３ａまでの空気流路１２０に沿って下部から上部へ順にヒータ１３０と、内部温湿度センサ１５０と、光散乱式微細塵センサ１６０と、が備えられる。
これにより、強制的に内部に陰圧を形成して外気（Ａ１）を流入させるための多くのエネルギーを消費する真空ポンプのような駆動力がなくてもヒータ１３０によって加熱された空気の対流現象によって自然に外気（Ａ１）が流入された後、上部に移動してヒーティング流路１２３に移動することができる。
ヒーティング流路１２３から出口１１３ａまでの経路には測定空気（Ａ２）をセンシングブロック１１７を通過して外部に排出するための小型空気流ファン１７０が備えられることが好ましい。小型空気流ファン１７０は、センシングブロック１１７に結合されて測定空気（Ａ２）が外部に排出される空気の流れを作る。この際、空気流ファン１７０は、内部を移動する測定空気（ａ）の流量を測定できる流量計が一体に結合された形態で備えられることが好ましい。
図２に示す流入口１１１ａは、流入ブロック１１１の正面に形成され、流入流路１２１は流入ブロック１１１の内部に屈曲した形で形成され、ヒータ１３０が外部に露出されないように隠蔽する。通常、光散乱式微細塵測定装置１００は、屋外に設置されるため、流入流路１２１は、雨や雪などが内部に流入されてヒータ１３０に当たらないように屈曲した形状または上下に曲がりくねった複雑な形態で形成されることが好ましい。
ここで、本発明の流入流路１２１は、流入口１１１ａに流入された外気（Ａ１）に含まれた微細塵が静電気により内壁面に付着することを防止するために流入流路１２１の内壁面に帯電防止層１２１ａを形成する。
帯電防止層１２１ａは、外気（Ａ１）に含まれた微細塵が静電気により流入流路１２１の管路内壁面に付着しないように静電気が発生されない帯電防止機能のある材料で一定厚さにコーティングして形成することができる。帯電防止機能のある材料は、従来公知の様々な材料を使用することができる。
帯電防止層１２１ａは、流入流路１２１だけでなく、ヒーティング流路１２３と連結流路１２４と、センシング流路１２５とにわたってすべて形成することができる。
また、別途の帯電防止層１２１ａを形成せずに流入ブロック１１１と、ヒーティングブロック１１５と、スペーサ１１９と、センシングブロック１１７とを帯電防止が可能な材料で製作することができる。
ヒーティングブロック１１５は、流入ブロック１１１の上部に結合され、その内部にヒータ１３０を収容する。ヒーティングブロック１１５の内部には、ヒーティング流路１２３が流入流路１２１および連結流路１２４と連通するように形成される。ヒーティングブロック１１５は、第２の締結部材１１５ａによって流入ブロック１１１に結合される。
ヒータ１３０は、制御部１８０の制御により選択的に動作し、ヒーティング流路１２３に沿って移動する外気（Ａ１）を加熱する。図３に示すようにヒータ１３０は、ヒーティング流路１２３の全幅に対応するように備えられ、ヒーティング流路１２３に沿って移動する外気（Ａ１）と接触する。ヒータ１３０には、ヒーティング流路１２３の幅に沿って多数回巻回された熱線コイルが備えられ、外気（Ａ１）との接触面積を増大させて短時間に外気（Ａ１）を加熱する。
ヒーティング流路１２３の幅は、ヒータ１３０と外気（Ａ１）とが接触面積を最大にするために、流入流路１２１と同じか、それより広く形成する。ヒーティング流路１２３の幅が流入流路１２１の幅（Ｗ１）よりも広い場合、外気（Ａ１）の流速が遅くなりヒータ１３０との接触時間が増大し、より効率良くヒーティングが可能になり得る。
スペーサ１１９は、ヒーティングブロック１１５とセンシングブロック１１７との間に配置され、内部温湿度センサ１５０が光散乱式微細塵センサ１６０と離隔して収容する。スペーサ１１９の内部には連結流路１２４が形成され、連結流路１２４の内部に内部温湿度センサ１５０が設けられている。
スペーサ１１９は、ヒーティング流路１２３から移動された測定空気（Ａ２）が内部温湿度センサ１５０を経由してセンシング流路１２５に移動する時に、内部温湿度センサ１５０が光散乱式微細塵センサ１６０の入口を塞いで空気の円滑な流れが妨げられることを防止するために、ヒーティングブロック１１５とセンシングブロック１１７との間に配置される。
外部温湿度センサ１４０は、図２に示すように、流入口１１１ａの一側に備えられて流入口１１１ａに流入される外気（Ａ１）の外部温度（Ｔ１）と外部相対湿度（Ｗ１）とを測定する。外部温湿度センサ１４０は、制御部１８０の制御によって外部温度または外部相対湿度のうち一つのみを測定し、または両方とも測定することができる。
内部温湿度センサ１５０は、図３に示すように、ヒーティング流路１２３とセンシング流路１２５との境界領域に配置されてヒータ１３０を経由した測定空気（Ａ２）の内部温度（Ｔ２）または内部相対湿度（Ｗ２）を測定する。
未図示であるが、外部温湿度センサ１４０と内部温湿度センサ１５０とはそれぞれ制御部１８０と電気的に連結され、測定した外部温度と外部相対湿度、内部温度と内部相対湿度を制御部１８０に送信する。
センシングブロック１１７は、流入ブロック１１１の上部に備えられ、内部にセンシング流路１２５が形成される。センシング流路１２５には光散乱式微細塵センサ１６０が備えられてセンシング流路１２５に沿って移動する測定空気（Ａ２）に含まれた微細塵濃度を測定する。
ここで、センシング流路１２５は、ヒータ１３０において相対湿度が低くなるように加熱された測定空気（Ａ２）が加熱された内部温度（Ｔ２）を維持し、光散乱式微細塵センサ１６０と接触されるように設計することが好ましい。
このために、本発明の好ましい実施形態によるセンシング流路１２５は、図３に示すように管路の幅（ｄ２）をヒーティング流路１２３の幅（ｄ１）よりも非常に狭く設計してセンシング流路１２５に沿って移動する測定空気（Ａ２）の流速を速く調節する。
これにより、ヒータ１３０で加熱され、内部温度（Ｔ２）まで上昇した測定空気（Ａ２）が内部温度を維持した状態で高速移動して光散乱式微細塵センサ１６０と接触し、より正確な微細塵濃度測定値を得ることができる。
また、ヒーティングブロック１１５と、スペーサ１１９と、センシング流路１２５との内壁面には断熱層１２５ａが形成され、または断熱素材で形成されて測定空気（Ａ２）の熱損失を最小化して、内部温度が維持された状態で移動させる。
また、センシング流路１２５は、測定空気（Ａ２）の熱損失を最小化した状態で、早く光散乱式微細塵センサ１６０と測定空気（Ａ２）とが接触されるようにヒータ１３０から光散乱式微細塵センサ１６０までの移動距離（Ｌ）が短くなるように設計することが好ましい。
光散乱式微細塵センサ１６０以後のセンシング流路１２５の幅は、これ以上センシング正確度と関連がないため、管路の幅をセンシングブロック１１７の幅に合わせて調節する。そして、光散乱式微細塵センサ１６０と接触した後の測定空気（Ａ２）の温度や相対湿度も重要ではないので、光散乱式微細塵センサ１６０以後のセンシング流路１２５には断熱層１２５ａが形成されないこともありうる。
すなわち、流入流路１２１、ヒーティング流路１２３、連結流路１２４、センシング流路１２５、出口流路１２７のうち流入流路１２１とヒーティング流路１２３と連結流路１２４とは帯電防止性能が高く設計されなければならず、ヒーティング流路１２３と連結流路１２４とは帯電防止性能だけでなく断熱性能まで加えて設計されることが好ましい。
光散乱式微細塵センサ１６０は、センシング流路１２５の内壁面に結合されて測定空気（Ａ２）に含まれた微細塵を測定する。ここで、光散乱式微細塵センサ１６０で測定する微細塵は粒子径２.５ミクロン（μｍ）以下の超微細塵を含む。光散乱式微細塵センサ１６０で測定された微細塵濃度はコネクタ１８１を介して制御部１８０に送信される。光散乱式微細塵センサ１６０は、公知の様々な形態で具現することができる。
出口ブロック１１３は、センシングブロック１１７の上部に結合される。出口ブロック１１３は、図１と図２に示すように、第１の締結部材１１３ｂを用いてセンシングブロック１１７とヒーティングブロック１１５とに固定結合される。
出口ブロック１１３には、出口１１３ａと、センシング流路１２５と連通した出口流路１２７とが形成される。出口流路１２７は、測定空気（Ａ２）を出口１１３ａに案内する。
出口１１３ａは、流入口１１１ａと同じ方向に形成され、または場合によっては反対方向に形成されることができる。出口流路１２７は、雨や雪などが内部に流入されることを防止するように出口１１３ａから折り曲げられた形で形成されることが好ましい。
図５ないし図７は、本発明の空気流路１２０の多様な変形例を示す例示図である。
図５は、空気流路１２０の様々な方向を示す例示図である。図５（ａ）に示すように、本発明の好ましい実施形態による空気流路１２０は、下部に形成された流入口１１１ａと、上部に形成された出口１１３ａとを有し、外気が下部から上部に移動するように備えられる。
場合によって、空気流路１２０は流入口１１１ａが上部に形成され、出口１１３ａが下部に形成され、外気が上部から下部へ移動されて微細塵濃度が測定されるように備えられる。
一方、空気流路１２０ｂは、図５（ｂ）に示すように流入口１１１ａが一側面に形成され、出口１１３ａが他側面に形成され、外気（Ａ１）が水平方向に移動するように形成されることもできる。
ここで、空気流路１２０、１２０ｂの空気移動方向に関わらず、流入口１１１ａから出口１１３ａまでヒータ１３０、内部温湿度センサ１５０、光散乱式微細塵センサ１６０の順に順次配置される。
本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置１００は、一つの流入口１１１ａと一つの出口１１３ａとを有し、また流入口１１１ａと出口１１３ａとを連結する一つの空気流路１２０も有する。
一方、図６（ａ）に示すように、空気流路１２０ｃは、複数の流入口１１１ａ、１１１ａ´を有するように形成されることができる。複数の流入口１１１ａ、１１１ａ´は、流入ブロック１１１の様々な方向で形成されてもよく、一つの流入流路１２１に合流して移動し、または図６（ｂ）に示すように、それぞれ独立した複数のヒーティング流路１２３、１２３´に沿って移動することができる。
独立した複数のヒーティング流路１２３、１２３´は、それぞれ独立したヒータ１３０と内部温湿度センサ１５０とを含むことができる。
独立したヒーティング流路１２３、１２３´を介してヒータ１３０と接触した測定空気（Ａ２）は、図６（ａ）に示すように、センシング流路１２５が一つに合流し、一つの光散乱式微細塵センサ１６０で微細塵濃度を測定した後、出口流路１２７を介して外部に排出することができる。
また、図７（ａ）と（ｂ）に示すように、独立したヒーティング流路１２３、１２３´はそれぞれのセンシング流路１２５、１２５´と連結することができる。
この時、図７（ａ）に示すように、それぞれのセンシング流路１２５、１２５´のいずれかにのみ内部温湿度センサ１５０と光散乱式微細塵センサ１６０とが備えられる。または、図７（ｂ）に示すように、それぞれのセンシング流路１２５、１２５´の全てに内部温湿度センサ１５０と光散乱式微細塵センサ１６０とが備えられる。
図７（ａ）に示すように、センシング流路１２５、１２５´のうちいずれか一方のみに光散乱式微細塵センサ１６０が備えられる場合、測定される空気の量が変わるので測定された微細塵濃度を補正する過程が追加される。
また、それぞれのセンシング流路１２５、１２５´を経由した測定空気（Ａ２）は、一つの出口流路１２７を介して排出されてもよいし、図面に示されないが、それぞれの出口流路１２７と、これに連結された複数の出口１１３ａとを介して個別に排出されてもよい。
一方、図７（ａ）と（ｂ）に示すように、空気流路１２０ｄ、１２０ｅは一つのヒータ１３０と一つのヒーティング流路１２３と、分離された複数のセンシング流路１２５、１２５´とを有するように形成することもできる。
また、図５ないし図７に示された全ての空気流路１２０が、流入口１１１ａと出口１１３ａとが同じ方向に示されているが、これは一例に過ぎず、流入口１１１ａと出口１１３ａの方向が逆に配置されることもありうる。
この他にも空気流路１２０は、流入口１１１ａと出口１１３ａとを連結し、分岐しない１つの経路で外気がヒータ１３０、内部温湿度センサ１５０、光散乱式微細塵センサ１６０を順次経由して移動できる範囲で多様な形態に変形することができる。
制御部１８０は、外部温湿度センサ１４０で感知した外気（Ａ１）の外部温度（Ｔ１）または外部相対湿度（Ｗ１）に基づいて測定空気（Ａ２）の内部温度（Ｔ２）または内部相対湿度（Ｗ２）を一定に維持して光散乱式微細塵センサ１６０で測定する微細塵濃度が相対湿度に影響されず正確に測定することができる。
上述したように外気温度の相対湿度が高ければ空気中に気化していた水分子が微細塵に吸着されて微細塵の体積が大きくなり、光散乱式微細塵センサ１６０が微細塵を大きなほこりと誤認して微細塵濃度測定の精度が落ちることになる。
これに対し、制御部１８０は、外気（Ａ１）の外部相対湿度（Ｗ１）が既に設定された目標相対湿度（Ｗｔ）より高い場合、外気（Ａ１）をヒータ１３０により加熱して測定空気（Ａ２）の内部相対湿度（Ｗ２）が目標相対湿度（Ｗｔ）と等しくなるようにヒータ１３０を動作する。
本発明の好適な実施形態に係る制御部１８０は、目標相対湿度（Ｗｔ）を３５％に設定する。これは、いくつかの研究を通して微細塵の粒径が大きくなる地点が３０％前後であり、国測定所の装置がほとんど潮解相対湿度を３５％に設定して使用することを反映して決定した。目標相対湿度（Ｗｔ）は、状況に応じて変更することができる。
目標相対湿度（Ｗｔ）が設定されると、制御部１８０はヒータ１３０を駆動してヒーティング流路１２３と連結流路１２４とに沿って移動する測定空気（Ａ２）の内部相対湿度（Ｗ２）を目標相対湿度（Ｗｔ）まで下げるように制御する。
制御部１８０は、リアルタイムで内部温湿度センサ１５０で測定した内部相対湿度（Ｗ２）が目標相対湿度（Ｗｔ）より高いと、ヒータ１３０の電力をさらに増加させ、そうでない場合はより減少させる、比例－積分－微分制御（ＰＩＤ）のような制御技法を用いて内部相対湿度（Ｗ２）が目標相対湿度（Ｗｔ）に到達するように制御する。
ここで、制御部１８０が上述した制御技法を用いてヒータ１３０を動作させる場合、ヒーティング流路１２３と連結流路１２４とに沿って移動する測定空気（Ａ２）の内部温度（Ｔ２）が許容可能な安全温度を超えてもよい。
これにより、制御部１８０は、次の数学式（１）を用いて目標温度（Ｔｔ）を算出し、算出した目標温度（Ｔｔ）に基づいてヒータ１３０の駆動を制御して測定空気（Ａ２）の内部温度が安全温度を超えないように安全制御を行う。
数学式（１）：目標温度（Ｔｔ）＝Ａ×２３７.３/（７.５－Ａ） 但し、
Figure 2023515512000002
ここで、Ｔ２は内部温度、Ｗ２は内部相対湿度、Ｗｔは目標相対湿度である。
目標温度（Ｔｔ）が算出されると、制御部１８０はヒータ１３０を駆動してヒーティング流路１２３を介して移動する外気（Ａ１）が加熱されるようにし、測定空気（Ａ２）の内部温度（Ｔ２）を目標温度（Ｔｔ）に到達させる。
ここで、管理者は目標温度（Ｔｔ）の他に、安全温度を追加設定する。安全温度は、過熱で光散乱式微細塵測定装置を誤作動させたり、微細塵または超微細塵の化学組成の変化を生じさせない温度をいう。
制御部１８０は、内部温度（Ｔ２）が数学式（１）により算出された目標温度（Ｔｔ）となるように、ＰＩＤのような自動制御方法でヒータ１３０を制御する。ところが、算出された目標温度（Ｔｔ）が既設定された安全温度を超える場合、制御部１８０は、目標温度（Ｔｔ）を安全温度に変更してヒータ１３０を制御する。
この過程で制御部１８０はヒータ１３０を駆動させて測定した内部温度（Ｔ２）が安全温度を超えると直ちにヒータ１３０への電源供給を遮断する。
制御部１８０は一定時間間隔で数学式（１）により目標温度（Ｔｔ）を周期的に更新してヒータ１３０の動作を制御する。
一方、上述の数学式（１）は、内部温度（Ｔ２）と内部相対湿度（Ｗ２）と、目標相対湿度（Ｗｔ）とを用いて目標温度を算出する。
しかし、場合によって、外部温湿度センサ１４０で測定した外部温度（Ｔ１）と、外部相対湿度（Ｗ１）と、目標相対湿度（Ｗｔ）とを用いて目標温度を算出することもできる。この場合、以下の数学式（２）を用いて目標温度（Ｔｔ）を算出することができる。
数学式（２）：目標温度（Ｔｔ）＝Ａ×２３７.３/（７.５－Ａ） 但し、
Figure 2023515512000003
ここで、Ｔ１は外部温度、Ｔｔは目標温度、Ｗ１は外部相対湿度、ＷＴは目標相対湿度である。
数学式（１）を用いて目標温度（Ｔｔ）を算出する場合、外部温湿度センサ１４０で測定した外部相対湿度（Ｗ１）と外部温度（Ｔ１）が必要ではないので、外部温湿度センサ１４０が必要ではなくなって装備の構成を簡素化することができる長所がある。
制御部１８０は、２種類の方式のいずれかを選択的に使用し、または２種類の方式を互換して使用することができる。
一方、制御部１８０は、ヒータ１３０を動作させて測定空気（Ａ２）の内部温度を目標温度まで加熱した場合、光散乱式微細塵センサ１６０で測定された微細塵濃度を補正する。
ヒータ１３０によって加熱されると、測定空気（Ａ２）の内部相対湿度（Ｗ２）は、初期の外部相対湿度（Ｗ１）より低くなる。これによって、光散乱式微細塵センサ１６０に流入される測定空気（Ａ２）の内部温度（Ｔ２）は、外部温度（Ｔ１）より高くなる。測定空気（Ａ２）の温度が高くなると、測定空気（Ａ２）の体積は外気（Ａ１）の体積より増加することになる。
微細塵濃度は、空気の単位体積当たりの微細塵の重さで測定されるので、増加した体積だけ算出された微細塵濃度値を補正する過程が要求される。
微細塵濃度値の補正は、下記の数学式（３）によって行われる。
数学式（３）：補正された微細塵濃度＝（光散乱式微細塵センサで測定された微細塵濃度）×（２７３+内部温度）/（２７３+外部温度）
このような構成を有する本発明の光散乱式微細塵測定装置１００を用いた微細塵測定過程を図１ないし図８を参照して説明する。
測定場所に本発明の光散乱式微細塵測定装置１００が設けられる。ケーシング１１０の下部に流入口１１１ａが配置され、上部に出口１１３ａが配置される。
ケーシング１１０の外部に位置する外部温湿度センサ１４０が外気（Ａ１）の外部温度（Ｔ１）と外部相対湿度（Ｗ１）とを測定して制御部１８０に送信する（Ｓ１１０）。制御部１８０は、送信された外部相対湿度（Ｗ１）が既設定された目標相対湿度（Ｗｔ）より低いかを判断する（Ｓ１２０）。
外部相対湿度（Ｗ１）が既設定された目標相対湿度（Ｗｔ）より低い場合、制御部１８０は、ヒータ１３０への電源供給を遮断し、ヒータ１３０は動作されない（Ｓ１３０）。
流入口１１１ａを介して外気（Ａ１）が流入され、外気（Ａ１）は流入流路１２１に沿ってヒーティング流路１２３へ移動する。この時、流入流路１２１の内壁面には帯電防止層１２１ａが形成されて微細塵が静電気によって内壁面に付着することが防止され、流入口１１１ａに流入された全量の外気（Ａ１）がヒーティング流路１２３へ移動することができる。
これによって、図２に示すように、流入口１１１ａに流入された外気（Ａ１）は、流入流路１２１とヒーティング流路１２３とに沿って移動され、加熱されていない状態で内部温湿度センサ１５０を経て、光散乱式微細塵センサ１６０に流入される。
光散乱式微細塵センサ１６０で加熱されていない外気（測定空気）の微細塵濃度を測定し、制御部１８０で測定された微細塵濃度を送信する（Ｓ１７０）。制御部１８０は、測定された微細塵濃度を外部に出力する（Ｓ１９０）。
一方、外部相対湿度（Ｗ１）が既設定された目標相対湿度（Ｗｔ）より高い場合、制御部１８０、は外部相対湿度が目標相対湿度となる目標温度を算出する（Ｓ１４０）。目標温度は、上述の数学式（１）によって算出することができる。
目標温度が算出されると、制御部１８０はヒータ１３０へ電源を供給してヒータ１３０を動作させる（Ｓ１５０）。ヒーティング流路１２３に流入された外気（Ａ１）はヒータ１３０と接触して加熱される。加熱された測定空気（Ａ２）は内部温湿度センサ１５０と接触し、内部温度（Ｔ２）または内部相対湿度（Ｗ２）が測定される。
内部温湿度センサ１５０で測定された内部温度（Ｔ２）が目標温度（Ｔｔ）と同じ場合、センシング流路１２５に供給され、光散乱式微細塵センサ１６０と接触されて微細塵濃度が測定される（Ｓ１７０）。
光散乱式微細塵センサ１６０で微細塵濃度が測定されると、制御部１８０は上述の数学式（３）によって微細塵濃度を補正し（Ｓ１８０）、微細塵濃度を出力する（Ｓ１９０）。
以上で説明したように、本発明に係る光散乱式微細塵測定装置は、外気の相対湿度が高い場合、外気をヒータにより加熱して相対湿度を下げて微細塵濃度測定の正確度を高めることができる。
また、外気が流入される流入路の内壁面に帯電防止層を形成して、従来の静電気により微細塵が流入路に付着され、微細塵測定結果に誤差が生じていた問題を解決することができる。
また、本発明に係る光散乱式微細塵測定装置は、ヒータから光散乱式微細塵センサに至るセンシング流路の内壁面に断熱層を形成して温度が上昇された測定空気の熱損失を最小化して微細濃度測定結果の信頼度を確保することができる。
以上、いくつかの実施形態を用いて本発明の技術的思想を述べた。
本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の記載事項から上述した実施形態を様々に変形または変更することができることは自明である。また、たとえ明示的に図示または説明されていないとしても、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の記載事項から、本発明による技術的思想を含む多様な形態の変形を成し得ることは自明であり、これは依然として本発明の権利範囲に属する。添付の図面を参照して説明した前記の実施形態は、本発明を説明するための目的で記述したものであり、本発明の権利範囲はこれらの実施形態に限らない。
１００：光散乱式微細塵測定装置
１１０：ケーシング
１１１：流入ブロック
１１１ａ：流入口
１１３：出口ブロック
１１３ａ：出口
１１３ｂ：第１の締結部材
１１５：ヒーティングブロック
１１５a：第２の締結部材
１１７：センシングブロック
１１９：スペーサ
１２０：空気流路
１２１：流入流路
１２１ａ：帯電防止層
１２３：ヒーティング流路
１２４：連結流路
１２５：センシング流路
１２５ａ：断熱層
１２７：出口流路
１３０：ヒータ
１４０：外部温湿度センサ
１５０：内部温湿度センサ
１６０：光散乱式微細塵センサ
１７０：空気流ファン
１８０：制御部
１８１:コネクタ
Ａ１:外気
Ａ２:測定空気
Ｔ１:外部温度
Ｔ２:内部温度
Ｔｔ:目標温度
Ｗ１:外部相対湿度
Ｗ２:内部相対湿度
Ｗｔ:目標相対湿度
本発明は、微細塵測定装置に関し、より詳細には、空気中に含まれた微細塵濃度を光散乱式微細塵センサを用いて正確に測定することができる微細塵測定装置に関するものである。
空気中の微細塵濃度を測定するために光散乱方式の微細塵測定装置が使用される。光散乱方式の微細塵測定装置は、微細塵に光をあてて散乱される光を受光して微細塵濃度を測定する方式である。
従来の技術による光散乱式微細塵測定装置は、微細塵によって散乱されたレーザを検出する複数のセンサを備え、基準時間の間に測定された値を平均して微細塵濃度を測定することが一般的である。
ところで、空気中の相対湿度が高くなると空気中に気化されていた水分子が微細塵に吸着して液状となる。このように液状の水分子と結合された微細塵は、体積がより大きくなる。
すなわち、相対湿度が高いほど水分子と結合されるダスト粒子の体積はさらに大きくなり、従来の光散乱式微細塵測定装置は、超微細塵を微細塵と誤認することがあり、体積が大きくなった微細塵は、大きなほこりと見なされて微細塵として測定されなくなる。
このような光散乱式微細塵測定装置は、リアルタイム測定が可能であり、価格が安い方であるが、上に言及したように相対湿度による測定値の正確度が低いという問題点があった。
これに対し、ヒータを装着して流入される空気の湿度を調節する光散乱式微細塵測定装置が開発されたことがあるが、流入口が最上部に配置されて外気を内部に流入させるために、別途の真空ポンプを使わなければならず、間接ヒーティング方式で相対湿度を下げるために、測定に多くの時間とエネルギーがかかり、また、体積が大きいという短所があった。
また、微細塵の組成成分によって空気中の水分を吸湿する相対湿度環境が異なって、場所によって微細塵の種類が異なるので、相対湿度を知っていても微細塵量を予測して補正することができず限界がある。
また、従来の光散乱式微細塵測定装置は、流入口を介して流入される空気中に含まれた微細塵が静電気により流入口とその周辺に吸着され、正確な微細塵濃度を測定できないという問題があった。
本発明の目的は、空気中の相対湿度に関係なく空気中に含まれた微細塵量を光散乱方式で正確に測定し得る光散乱式微細塵測定装置を提供することである。
本発明の他の目的は、流入口の静電気発生を最小化して微細塵測定精度を向上させることができる光散乱式微細塵測定装置を提供することである。
本発明における光散乱式微細塵測定装置は、外気が流入される流入口１１１ａと微細塵濃度を測定した空気が排出される出口１１３ａとがそれぞれ備えられるケーシング１１０と；前記ケーシング１１０の内部に前記流入口１１１ａと前記出口１１３ａとを連結し、前記外気が移動する空気流路１２０と；前記ケーシング１１０の外側に備えられ、外気の温度と相対湿度を測定する外部温湿度センサ１４０とを含む。
この時、前記流入口１１１ａ側の空気流路１２０上に備えられるヒータ１３０と；前記ヒータ１３０と前記出口１１３ａとの間の空気流路１２０上に備えられ、前記ヒータ１３０を経由して移動された測定空気の微細塵濃度を測定する光散乱式微細塵センサ１６０と；前記ヒータ１３０と前記光散乱式微細塵センサ１６０との間の空気流路１２０上に備えられ、前記測定空気の温度と相対湿度とを測定する内部温湿度センサ１５０とを含むことが好ましい。
本発明に係る光散乱式微細塵測定装置は、外気の相対湿度が高い場合、外気をヒータにより加熱して相対湿度を下げて微細塵濃度測定の正確度を高めることができる。
また、外気が移動する移動路の内壁面に帯電防止層を形成し、または移動路を静電気防止材料で製作して、従来の静電気により微細塵が流入路に付着して微細塵測定結果に誤差が発生した問題を解決することができる。
また、本発明に係る光散乱式微細塵測定装置は、ヒータから光散乱式微細塵センサに至るセンシング流路の内壁面に断熱層を形成して温度が上昇した測定空気の熱損失を最小化して微細塵濃度測定結果の信頼度を確保することができる。
本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置の構成を示す斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置の側断面構成を示す側断面図である。 本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置の正断面構成を示す正断面図である。 本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置の構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の光散乱式微細塵測定装置の空気流路の変形例を示す例示図である。 本発明の光散乱式微細塵測定装置の空気流路の変形例を示す例示図である。 本発明の光散乱式微細塵測定装置の空気流路の変形例を示す例示図である。 本発明の光散乱式微細塵測定装置の微細塵の測定過程を示すフローチャートである。
以下、本発明の好適な実施形態及び添付の図面を参照して本発明を詳細に説明するものの、図面の同一の参照符号は同一の構成要素を示すことを前提して説明する。
発明の詳細な説明または特許請求の範囲の何れか一つの構成要素が他の構成要素を「含む」とする時、これは特に反対になる記載がない限り、当該構成要素のみからなるものに限定して解釈されず、他の構成要素をさらに含むことができることを理解されたい。
図１は、本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置１００の構成を示す斜視図であり、図２は、光散乱式微細塵測定装置１００の側断面構成を示す側断面図であり、図３は、光散乱式微細塵測定装置１００の正断面構成を示す正断面図であり、図４は、光散乱式微細塵測定装置１００の制御構造を概略的に示すブロック図である。
図示のように、本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置１００は、外気（Ａ１）が流入される流入口１１１ａと、測定空気（Ａ２）が排出される出口１１３ａとがそれぞれ形成されるケーシング１１０と、ケーシング１１０の内部に流入口１１１ａと出口１１３ａとを連結形成し、外気が微細塵濃度を測定した後、外部に排出されるように案内する空気流路１２０と、流入口１１１ａ側に備えられるヒータ１３０と、ケーシング１１０の外部に備えられ、外気の温度と相対湿度とを測定する外部温湿度センサ１４０と、ヒータ１３０の上部に備えられ、ヒータ１３０によって加熱された測定空気（Ａ２）の温度と相対湿度とを測定する内部温湿度センサ１５０と、内部温湿度センサ１５０と出口１１３ａとの間に配置され、測定空気（Ａ２）の微細塵濃度を光散乱方式で測定する光散乱式微細塵センサ１６０と、外部温湿度センサ１４０で測定した外気（Ａ１）の相対湿度に応じてヒータ１３０を選択的に駆動して外気（Ａ１）の相対湿度を低める制御部１８０と、を含む。
ここで、外気（Ａ１）は、図２に示すように、ケーシング１１０の外部から流入口１１１ａを介して流入される空気をいい、外部温度（Ｔ１）と外部相対湿度（Ｗ１）とを有する。
測定空気（Ａ２）は、光散乱式微細塵センサ１６０と接触して微細塵濃度が測定される空気をいい、内部温度（Ｔ２）と内部相対湿度（Ｗ２）とを有する。
測定空気（Ａ２）は、外気（Ａ１）の相対湿度によって外気（Ａ１）と同一の温度と相対湿度を有し（Ｔ１＝Ｔ２、Ｗ１＝Ｗ２）、または外気（Ａ１）がヒータ１３０によって加熱された状態であってもよい（Ｔ２＞Ｔ１、Ｗ２＜Ｗ１）。
本発明に係る光散乱式微細塵測定装置１００は、外気（Ａ１）の相対湿度に応じてヒータ１３０が外気（Ａ１）を選択的に加熱して外気（Ａ１）の相対湿度を下げて測定空気（Ａ２）に対する微細塵測定精度を向上させる。
ケーシング１１０は、外気（Ａ１）が流入された後、光散乱式微細塵センサ１６０によって、微細塵濃度が測定されるように各構成を支持する。ケーシング１１０は、流入口１１１ａが形成された流入ブロック１１１と、出口１１３ａが形成された出口ブロック１１３と、ヒータ１３０が収容されたヒーティングブロック１１５と、光散乱式微細塵センサ１６０が収容されたセンシングブロック１１７と、ヒーティングブロック１１５とセンシングブロック１１７との間に備えられて内部温湿度センサ１５０を支持するスペーサ１１９と、を含む。
空気流路１２０は、ケーシング１１０の内部に形成され、流入口１１１ａと出口１１３ａとの間を分岐しない１つの経路で連結する。空気流路１２０は、図２と図３に示すように流入口１１１ａに流入された外気（Ａ１）をヒーティングブロック１１５に案内する流入流路１２１と、ヒーティングブロック１１５に形成され、外気（Ａ１）がヒータ１３０を経由した後、スペーサ１１９に移動するように案内するヒーティング流路１２３と、内部温湿度センサ１５０を経由した測定空気（Ａ２）をセンシングブロック１１７の入口へ案内する連結流路１２４と、センシングブロック１１７に形成され、測定空気（Ａ２）が光散乱式微細塵センサ１６０を経由して出口ブロック１１３に移動するように案内するセンシング流路１２５と、出口ブロック１１３に形成され、センシング流路１２５を経由した測定空気（Ａ２）を出口１１３ａへ案内する出口流路１２７と、を含む。
流入ブロック１１１は、ケーシング１１０の最下部に配置されて外気（Ａ１）が内部に流入されるようにする。本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置１００は、流入口１１１ａが下部に位置し、且つ出口１１３ａが上部に位置する構造を有する。そして、流入口１１１ａから出口１１３ａまでの空気流路１２０に沿って下部から上部へ順にヒータ１３０と、内部温湿度センサ１５０と、光散乱式微細塵センサ１６０と、が備えられる。
これにより、強制的に内部に陰圧を形成して外気（Ａ１）を流入させるための多くのエネルギーを消費する真空ポンプのような駆動力がなくてもヒータ１３０によって加熱された空気の対流現象によって自然に外気（Ａ１）が流入された後、上部に移動してヒーティング流路１２３に移動することができる。
ヒーティング流路１２３から出口１１３ａまでの経路には測定空気（Ａ２）をセンシングブロック１１７を通過して外部に排出するための小型空気流ファン１７０が備えられることが好ましい。小型空気流ファン１７０は、センシングブロック１１７に結合されて測定空気（Ａ２）が外部に排出される空気の流れを作る。この際、空気流ファン１７０は、内部を移動する測定空気（Ａ２）の流量を測定できる流量計が一体に結合された形態で備えられることが好ましい。
図２に示す流入口１１１ａは、流入ブロック１１１の正面に形成され、流入流路１２１は流入ブロック１１１の内部に屈曲した形で形成され、ヒータ１３０が外部に露出されないように隠蔽する。通常、光散乱式微細塵測定装置１００は、屋外に設置されるため、流入流路１２１は、雨や雪などが内部に流入されてヒータ１３０に当たらないように屈曲した形状または上下に曲がりくねった複雑な形態で形成されることが好ましい。
ここで、本発明の流入流路１２１は、流入口１１１ａに流入された外気（Ａ１）に含まれた微細塵が静電気により内壁面に付着することを防止するために流入流路１２１の内壁面に帯電防止層１２１ａを形成する。
帯電防止層１２１ａは、外気（Ａ１）に含まれた微細塵が静電気により流入流路１２１の管路内壁面に付着しないように静電気が発生されない帯電防止機能のある材料で一定厚さにコーティングして形成することができる。帯電防止機能のある材料は、従来公知の様々な材料を使用することができる。
帯電防止層１２１ａは、流入流路１２１だけでなく、ヒーティング流路１２３と連結流路１２４と、センシング流路１２５とにわたってすべて形成することができる。
また、別途の帯電防止層１２１ａを形成せずに流入ブロック１１１と、ヒーティングブロック１１５と、スペーサ１１９と、センシングブロック１１７とを帯電防止が可能な材料で製作することができる。
ヒーティングブロック１１５は、流入ブロック１１１の上部に結合され、その内部にヒータ１３０を収容する。ヒーティングブロック１１５の内部には、ヒーティング流路１２３が流入流路１２１および連結流路１２４と連通するように形成される。ヒーティングブロック１１５は、第２の締結部材１１５ａによって流入ブロック１１１に結合される。
ヒータ１３０は、制御部１８０の制御により選択的に動作し、ヒーティング流路１２３に沿って移動する外気（Ａ１）を加熱する。図３に示すようにヒータ１３０は、ヒーティング流路１２３の全幅に対応するように備えられ、ヒーティング流路１２３に沿って移動する外気（Ａ１）と接触する。ヒータ１３０には、ヒーティング流路１２３の幅に沿って多数回巻回された熱線コイルが備えられ、外気（Ａ１）との接触面積を増大させて短時間に外気（Ａ１）を加熱する。
ヒーティング流路１２３の幅は、ヒータ１３０と外気（Ａ１）とが接触面積を最大にするために、流入流路１２１と同じか、それより広く形成する。ヒーティング流路１２３の幅が流入流路１２１の幅（Ｗ１）よりも広い場合、外気（Ａ１）の流速が遅くなりヒータ１３０との接触時間が増大し、より効率良くヒーティングが可能になり得る。
スペーサ１１９は、ヒーティングブロック１１５とセンシングブロック１１７との間に配置され、内部温湿度センサ１５０が光散乱式微細塵センサ１６０と離隔して収容する。スペーサ１１９の内部には連結流路１２４が形成され、連結流路１２４の内部に内部温湿度センサ１５０が設けられている。
スペーサ１１９は、ヒーティング流路１２３から移動された測定空気（Ａ２）が内部温湿度センサ１５０を経由してセンシング流路１２５に移動する時に、内部温湿度センサ１５０が光散乱式微細塵センサ１６０の入口を塞いで空気の円滑な流れが妨げられることを防止するために、ヒーティングブロック１１５とセンシングブロック１１７との間に配置される。
外部温湿度センサ１４０は、図２に示すように、流入口１１１ａの一側に備えられて流入口１１１ａに流入される外気（Ａ１）の外部温度（Ｔ１）と外部相対湿度（Ｗ１）とを測定する。外部温湿度センサ１４０は、制御部１８０の制御によって外部温度または外部相対湿度のうち一つのみを測定し、または両方とも測定することができる。
内部温湿度センサ１５０は、図３に示すように、ヒーティング流路１２３とセンシング流路１２５との境界領域に配置されてヒータ１３０を経由した測定空気（Ａ２）の内部温度（Ｔ２）または内部相対湿度（Ｗ２）を測定する。
未図示であるが、外部温湿度センサ１４０と内部温湿度センサ１５０とはそれぞれ制御部１８０と電気的に連結され、測定した外部温度と外部相対湿度、内部温度と内部相対湿度を制御部１８０に送信する。
センシングブロック１１７は、流入ブロック１１１の上部に備えられ、内部にセンシング流路１２５が形成される。センシング流路１２５には光散乱式微細塵センサ１６０が備えられてセンシング流路１２５に沿って移動する測定空気（Ａ２）に含まれた微細塵濃度を測定する。
ここで、センシング流路１２５は、ヒータ１３０において相対湿度が低くなるように加熱された測定空気（Ａ２）が加熱された内部温度（Ｔ２）を維持し、光散乱式微細塵センサ１６０と接触されるように設計することが好ましい。
このために、本発明の好ましい実施形態によるセンシング流路１２５は、図３に示すように管路の幅（ｄ２）をヒーティング流路１２３の幅（ｄ１）よりも非常に狭く設計してセンシング流路１２５に沿って移動する測定空気（Ａ２）の流速を速く調節する。
これにより、ヒータ１３０で加熱され、内部温度（Ｔ２）まで上昇した測定空気（Ａ２）が内部温度を維持した状態で高速移動して光散乱式微細塵センサ１６０と接触し、より正確な微細塵濃度測定値を得ることができる。
また、ヒーティングブロック１１５と、スペーサ１１９と、センシング流路１２５との内壁面には断熱層１２５ａが形成され、または断熱素材で形成されて測定空気（Ａ２）の熱損失を最小化して、内部温度が維持された状態で移動させる。
また、センシング流路１２５は、測定空気（Ａ２）の熱損失を最小化した状態で、早く光散乱式微細塵センサ１６０と測定空気（Ａ２）とが接触されるようにヒータ１３０から光散乱式微細塵センサ１６０までの移動距離（Ｌ）が短くなるように設計することが好ましい。
光散乱式微細塵センサ１６０以後のセンシング流路１２５の幅は、これ以上センシング正確度と関連がないため、管路の幅をセンシングブロック１１７の幅に合わせて調節する。そして、光散乱式微細塵センサ１６０と接触した後の測定空気（Ａ２）の温度や相対湿度も重要ではないので、光散乱式微細塵センサ１６０以後のセンシング流路１２５には断熱層１２５ａが形成されないこともありうる。
すなわち、流入流路１２１、ヒーティング流路１２３、連結流路１２４、センシング流路１２５、出口流路１２７のうち流入流路１２１とヒーティング流路１２３と連結流路１２４とは帯電防止性能が高く設計されなければならず、ヒーティング流路１２３と連結流路１２４とは帯電防止性能だけでなく断熱性能まで加えて設計されることが好ましい。
光散乱式微細塵センサ１６０は、センシング流路１２５の内壁面に結合されて測定空気（Ａ２）に含まれた微細塵を測定する。ここで、光散乱式微細塵センサ１６０で測定する微細塵は粒子径２.５ミクロン（μｍ）以下の超微細塵を含む。光散乱式微細塵センサ１６０で測定された微細塵濃度はコネクタ１８１を介して制御部１８０に送信される。光散乱式微細塵センサ１６０は、公知の様々な形態で具現することができる。
出口ブロック１１３は、センシングブロック１１７の上部に結合される。出口ブロック１１３は、図１と図２に示すように、第１の締結部材１１３ｂを用いてセンシングブロック１１７とヒーティングブロック１１５とに固定結合される。
出口ブロック１１３には、出口１１３ａと、センシング流路１２５と連通した出口流路１２７とが形成される。出口流路１２７は、測定空気（Ａ２）を出口１１３ａに案内する。
出口１１３ａは、流入口１１１ａと同じ方向に形成され、または場合によっては反対方向に形成されることができる。出口流路１２７は、雨や雪などが内部に流入されることを防止するように出口１１３ａから折り曲げられた形で形成されることが好ましい。
図５ないし図７は、本発明の空気流路１２０の多様な変形例を示す例示図である。
図５は、空気流路１２０の様々な方向を示す例示図である。図５（ａ）に示すように、本発明の好ましい実施形態による空気流路１２０は、下部に形成された流入口１１１ａと、上部に形成された出口１１３ａとを有し、外気が下部から上部に移動するように備えられる。
場合によって、空気流路１２０は流入口１１１ａが上部に形成され、出口１１３ａが下部に形成され、外気が上部から下部へ移動されて微細塵濃度が測定されるように備えられる。
一方、空気流路１２０ａは、図５（ｂ）に示すように流入口１１１ａが一側面に形成され、出口１１３ａが他側面に形成され、外気（Ａ１）が水平方向に移動するように形成されることもできる。
ここで、空気流路１２０、１２０ａの空気移動方向に関わらず、流入口１１１ａから出口１１３ａまでヒータ１３０、内部温湿度センサ１５０、光散乱式微細塵センサ１６０の順に順次配置される。
本発明の好ましい実施形態による光散乱式微細塵測定装置１００は、一つの流入口１１１ａと一つの出口１１３ａとを有し、また流入口１１１ａと出口１１３ａとを連結する一つの空気流路１２０も有する。
一方、図６（ａ）に示すように、空気流路１２０ｂは、複数の流入口１１１ａ、１１１ａ´を有するように形成されることができる。複数の流入口１１１ａ、１１１ａ´は、流入ブロック１１１の様々な方向で形成されてもよく、一つの流入流路１２１に合流して移動し、または図６（ｂ）に示すように、それぞれ独立した複数のヒーティング流路１２３、１２３´に沿って移動することができる。
独立した複数のヒーティング流路１２３、１２３´は、それぞれ独立したヒータ１３０と内部温湿度センサ１５０とを含むことができる。
独立したヒーティング流路１２３、１２３´を介してヒータ１３０と接触した測定空気（Ａ２）は、図６（ｂ）に示すように、センシング流路１２５が一つに合流し、一つの光散乱式微細塵センサ１６０で微細塵濃度を測定した後、出口流路１２７を介して外部に排出することができる。
また、独立したヒーティング流路１２３、１２３´のそれぞれが、図７（ａ）及び（ｂ）に示すようなセンシング流路１２５、１２５´に連結するものでもよい。
この時、図７（ａ）に示すように、それぞれのセンシング流路１２５、１２５´のいずれかにのみ内部温湿度センサ１５０と光散乱式微細塵センサ１６０とが備えられる。または、図７（ｂ）に示すように、それぞれのセンシング流路１２５、１２５´の全てに内部温湿度センサ１５０と光散乱式微細塵センサ１６０とが備えられる。
図７（ａ）に示すように、センシング流路１２５、１２５´のうちいずれか一方のみに光散乱式微細塵センサ１６０が備えられる場合、測定される空気の量が変わるので測定された微細塵濃度を補正する過程が追加される。
また、それぞれのセンシング流路１２５、１２５´を経由した測定空気（Ａ２）は、一つの出口流路１２７を介して排出されてもよいし、図面に示されないが、それぞれの出口流路１２７と、これに連結された複数の出口１１３ａとを介して個別に排出されてもよい。
図７（ａ）に示すように、空気流路１２０ｄは、一つのヒータ１３０と一つのヒーティング流路１２３と、分離された複数のセンシング流路１２５、１２５´とを有するように形成することもできる。
また、図５ないし図７に示された全ての空気流路１２０が、流入口１１１ａと出口１１３ａとが同じ方向に示されているが、これは一例に過ぎず、流入口１１１ａと出口１１３ａの方向が逆に配置されることもありうる。
この他にも空気流路１２０は、流入口１１１ａと出口１１３ａとを連結し、分岐しない１つの経路で外気がヒータ１３０、内部温湿度センサ１５０、光散乱式微細塵センサ１６０を順次経由して移動できる範囲で多様な形態に変形することができる。
制御部１８０は、外部温湿度センサ１４０で感知した外気（Ａ１）の外部温度（Ｔ１）または外部相対湿度（Ｗ１）に基づいて測定空気（Ａ２）の内部温度（Ｔ２）または内部相対湿度（Ｗ２）を一定に維持して光散乱式微細塵センサ１６０で測定する微細塵濃度が相対湿度に影響されず正確に測定することができる。
上述したように外気温度の相対湿度が高ければ空気中に気化していた水分子が微細塵に吸着されて微細塵の体積が大きくなり、光散乱式微細塵センサ１６０が微細塵を大きなほこりと誤認して微細塵濃度測定の精度が落ちることになる。
これに対し、制御部１８０は、外気（Ａ１）の外部相対湿度（Ｗ１）が既に設定された目標相対湿度（Ｗｔ）より高い場合、外気（Ａ１）をヒータ１３０により加熱して測定空気（Ａ２）の内部相対湿度（Ｗ２）が目標相対湿度（Ｗｔ）と等しくなるようにヒータ１３０を動作する。
本発明の好適な実施形態に係る制御部１８０は、目標相対湿度（Ｗｔ）を３５％に設定する。これは、いくつかの研究を通して微細塵の粒径が大きくなる地点が３０％前後であり、国測定所の装置がほとんど潮解相対湿度を３５％に設定して使用することを反映して決定した。目標相対湿度（Ｗｔ）は、状況に応じて変更することができる。
目標相対湿度（Ｗｔ）が設定されると、制御部１８０はヒータ１３０を駆動してヒーティング流路１２３と連結流路１２４とに沿って移動する測定空気（Ａ２）の内部相対湿度（Ｗ２）を目標相対湿度（Ｗｔ）まで下げるように制御する。
制御部１８０は、リアルタイムで内部温湿度センサ１５０で測定した内部相対湿度（Ｗ２）が目標相対湿度（Ｗｔ）より高いと、ヒータ１３０の電力をさらに増加させ、そうでない場合はより減少させる、比例－積分－微分制御（ＰＩＤ）のような制御技法を用いて内部相対湿度（Ｗ２）が目標相対湿度（Ｗｔ）に到達するように制御する。
ここで、制御部１８０が上述した制御技法を用いてヒータ１３０を動作させる場合、ヒーティング流路１２３と連結流路１２４とに沿って移動する測定空気（Ａ２）の内部温度（Ｔ２）が許容可能な安全温度を超えてもよい。
これにより、制御部１８０は、次の数学式（１）を用いて目標温度（Ｔｔ）を算出し、算出した目標温度（Ｔｔ）に基づいてヒータ１３０の駆動を制御して測定空気（Ａ２）の内部温度が安全温度を超えないように安全制御を行う。
数学式（１）：目標温度（Ｔｔ）＝Ａ×２３７.３/（７.５－Ａ） 但し、
Figure 2023515512000012
ここで、Ｔ２は内部温度、Ｗ２は内部相対湿度、Ｗｔは目標相対湿度である。
目標温度（Ｔｔ）が算出されると、制御部１８０はヒータ１３０を駆動してヒーティング流路１２３を介して移動する外気（Ａ１）が加熱されるようにし、測定空気（Ａ２）の内部温度（Ｔ２）を目標温度（Ｔｔ）に到達させる。
ここで、管理者は目標温度（Ｔｔ）の他に、安全温度を追加設定する。安全温度は、過熱で光散乱式微細塵測定装置を誤作動させたり、微細塵または超微細塵の化学組成の変化を生じさせない温度をいう。
制御部１８０は、内部温度（Ｔ２）が数学式（１）により算出された目標温度（Ｔｔ）となるように、ＰＩＤのような自動制御方法でヒータ１３０を制御する。ところが、算出された目標温度（Ｔｔ）が既設定された安全温度を超える場合、制御部１８０は、目標温度（Ｔｔ）を安全温度に変更してヒータ１３０を制御する。
この過程で制御部１８０はヒータ１３０を駆動させて測定した内部温度（Ｔ２）が安全温度を超えると直ちにヒータ１３０への電源供給を遮断する。
制御部１８０は一定時間間隔で数学式（１）により目標温度（Ｔｔ）を周期的に更新してヒータ１３０の動作を制御する。
一方、上述の数学式（１）は、内部温度（Ｔ２）と内部相対湿度（Ｗ２）と、目標相対湿度（Ｗｔ）とを用いて目標温度を算出する。
しかし、場合によって、外部温湿度センサ１４０で測定した外部温度（Ｔ１）と、外部相対湿度（Ｗ１）と、目標相対湿度（Ｗｔ）とを用いて目標温度を算出することもできる。この場合、以下の数学式（２）を用いて目標温度（Ｔｔ）を算出することができる。
数学式（２）：目標温度（Ｔｔ）＝Ａ×２３７.３/（７.５－Ａ） 但し、
Figure 2023515512000013
ここで、Ｔ１は外部温度、Ｔｔは目標温度、Ｗ１は外部相対湿度、ＷＴは目標相対湿度である。
数学式（１）を用いて目標温度（Ｔｔ）を算出する場合、外部温湿度センサ１４０で測定した外部相対湿度（Ｗ１）と外部温度（Ｔ１）が必要ではないので、外部温湿度センサ１４０が必要ではなくなって装備の構成を簡素化することができる長所がある。
制御部１８０は、２種類の方式のいずれかを選択的に使用し、または２種類の方式を互換して使用することができる。
一方、制御部１８０は、ヒータ１３０を動作させて測定空気（Ａ２）の内部温度を目標温度まで加熱した場合、光散乱式微細塵センサ１６０で測定された微細塵濃度を補正する。
ヒータ１３０によって加熱されると、測定空気（Ａ２）の内部相対湿度（Ｗ２）は、初期の外部相対湿度（Ｗ１）より低くなる。これによって、光散乱式微細塵センサ１６０に流入される測定空気（Ａ２）の内部温度（Ｔ２）は、外部温度（Ｔ１）より高くなる。測定空気（Ａ２）の温度が高くなると、測定空気（Ａ２）の体積は外気（Ａ１）の体積より増加することになる。
微細塵濃度は、空気の単位体積当たりの微細塵の重さで測定されるので、増加した体積だけ算出された微細塵濃度値を補正する過程が要求される。
微細塵濃度値の補正は、下記の数学式（３）によって行われる。
数学式（３）：補正された微細塵濃度＝（光散乱式微細塵センサで測定された微細塵濃度）×（２７３+内部温度）/（２７３+外部温度）
このような構成を有する本発明の光散乱式微細塵測定装置１００を用いた微細塵測定過程を図１ないし図８を参照して説明する。
測定場所に本発明の光散乱式微細塵測定装置１００が設けられる。ケーシング１１０の下部に流入口１１１ａが配置され、上部に出口１１３ａが配置される。
ケーシング１１０の外部に位置する外部温湿度センサ１４０が外気（Ａ１）の外部温度（Ｔ１）と外部相対湿度（Ｗ１）とを測定して制御部１８０に送信する（Ｓ１１０）。制御部１８０は、送信された外部相対湿度（Ｗ１）が既設定された目標相対湿度（Ｗｔ）より低いかを判断する（Ｓ１２０）。
外部相対湿度（Ｗ１）が既設定された目標相対湿度（Ｗｔ）より低い場合、制御部１８０は、ヒータ１３０への電源供給を遮断し、ヒータ１３０は動作されない（Ｓ１３０）。
流入口１１１ａを介して外気（Ａ１）が流入され、外気（Ａ１）は流入流路１２１に沿ってヒーティング流路１２３へ移動する。この時、流入流路１２１の内壁面には帯電防止層１２１ａが形成されて微細塵が静電気によって内壁面に付着することが防止され、流入口１１１ａに流入された全量の外気（Ａ１）がヒーティング流路１２３へ移動することができる。
これによって、図２に示すように、流入口１１１ａに流入された外気（Ａ１）は、流入流路１２１とヒーティング流路１２３とに沿って移動され、加熱されていない状態で内部温湿度センサ１５０を経て、光散乱式微細塵センサ１６０に流入される。
光散乱式微細塵センサ１６０で加熱されていない外気（測定空気）の微細塵濃度を測定し、制御部１８０で測定された微細塵濃度を送信する（Ｓ１７０）。制御部１８０は、測定された微細塵濃度を外部に出力する（Ｓ１９０）。
一方、外部相対湿度（Ｗ１）が既設定された目標相対湿度（Ｗｔ）より高い場合、制御部１８０、は外部相対湿度が目標相対湿度となる目標温度を算出する（Ｓ１４０）。目標温度は、上述の数学式（１）によって算出することができる。
目標温度が算出されると、制御部１８０はヒータ１３０へ電源を供給してヒータ１３０を動作させる（Ｓ１５０）。ヒーティング流路１２３に流入された外気（Ａ１）はヒータ１３０と接触して加熱される。加熱された測定空気（Ａ２）は内部温湿度センサ１５０と接触し、内部温度（Ｔ２）または内部相対湿度（Ｗ２）が測定される。
内部温湿度センサ１５０で測定された内部温度（Ｔ２）が目標温度（Ｔｔ）と同じ場合、センシング流路１２５に供給され、光散乱式微細塵センサ１６０と接触されて微細塵濃度が測定される（Ｓ１７０）。
光散乱式微細塵センサ１６０で微細塵濃度が測定されると、制御部１８０は上述の数学式（３）によって微細塵濃度を補正し（Ｓ１８０）、微細塵濃度を出力する（Ｓ１９０）。
以上で説明したように、本発明に係る光散乱式微細塵測定装置は、外気の相対湿度が高い場合、外気をヒータにより加熱して相対湿度を下げて微細塵濃度測定の正確度を高めることができる。
また、外気が流入される流入路の内壁面に帯電防止層を形成して、従来の静電気により微細塵が流入路に付着され、微細塵測定結果に誤差が生じていた問題を解決することができる。
また、本発明に係る光散乱式微細塵測定装置は、ヒータから光散乱式微細塵センサに至るセンシング流路の内壁面に断熱層を形成して温度が上昇された測定空気の熱損失を最小化して微細濃度測定結果の信頼度を確保することができる。
以上、いくつかの実施形態を用いて本発明の技術的思想を述べた。
本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の記載事項から上述した実施形態を様々に変形または変更することができることは自明である。また、たとえ明示的に図示または説明されていないとしても、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の記載事項から、本発明による技術的思想を含む多様な形態の変形を成し得ることは自明であり、これは依然として本発明の権利範囲に属する。添付の図面を参照して説明した前記の実施形態は、本発明を説明するための目的で記述したものであり、本発明の権利範囲はこれらの実施形態に限らない。
１００：光散乱式微細塵測定装置
１１０：ケーシング
１１１：流入ブロック
１１１ａ：流入口
１１３：出口ブロック
１１３ａ：出口
１１３ｂ：第１の締結部材
１１５：ヒーティングブロック
１１５a：第２の締結部材
１１７：センシングブロック
１１９：スペーサ
１２０：空気流路
１２１：流入流路
１２１ａ：帯電防止層
１２３：ヒーティング流路
１２４：連結流路
１２５：センシング流路
１２５ａ：断熱層
１２７：出口流路
１３０：ヒータ
１４０：外部温湿度センサ
１５０：内部温湿度センサ
１６０：光散乱式微細塵センサ
１７０：空気流ファン
１８０：制御部
１８１:コネクタ
Ａ１:外気
Ａ２:測定空気
Ｔ１:外部温度
Ｔ２:内部温度
Ｔｔ:目標温度
Ｗ１:外部相対湿度
Ｗ２:内部相対湿度
Ｗｔ:目標相対湿度

Claims (8)

  1. 外気中の微細塵濃度を光散乱方式で測定する光散乱式微細塵測定装置において、外気が流入される流入口１１１ａと微細塵濃度を測定した測定空気が排出される出口１１３ａとがそれぞれ備えられるケーシング１１０と；前記ケーシング１１０の内部に前記流入口１１１ａと前記出口１１３ａとを連結し、前記外気が移動する空気流路１２０と；前記ケーシング１１０の外側に備えられ、外気の温度と相対湿度とを測定する外部温湿度センサ１４０と；前記流入口１１１ａ側の空気流路１２０上に備えられるヒータ１３０と；前記ヒータ１３０と前記出口１１３ａとの間の空気流路１２０上に備えられ、前記ヒータ１３０を経由して移動する測定空気の微細塵濃度を測定する光散乱式微細塵センサ１６０と；前記ヒータ１３０と前記光散乱式微細塵センサ１６０との間の空気流路１２０上に備えられ、前記測定空気の温度と相対湿度とを測定する内部温湿度センサ１５０と；を含むことを特徴とする光散乱式微細塵測定装置。
  2. 前記空気流路１２０は、下部から上部方向、上部から下部方向、一側から他側方向のいずれかの方向に形成され、前記空気流路１２０上には前記外気の強制移動のための空気流ファン１７０が備えられることを特徴とする請求項１に記載の光散乱式微細塵測定装置。
  3. 前記空気流路１２０は、前記ヒータ１３０から前記出口１１３ａにつながる複数の内部分岐流路を含み、前記内部分岐流路のいずれか一つにのみ前記内部温湿度センサ１５０と前記光散乱式微細塵センサ１６０とが備えられることを特徴とする請求項２に記載の光散乱式微細塵測定装置。
  4. 前記空気流路１２０は、前記ヒータ１３０から前記出口１１３ａにつながる複数の内部分岐流路を含み、前記複数の内部分岐流路のそれぞれに前記内部温湿度センサ１５０と前記光散乱式微細塵センサ１６０とが備えられることを特徴とする請求項２に記載の光散乱式微細塵測定装置。
  5. 前記空気流路１２０は、前記流入口１１１ａから前記ヒータ１３０までつながる流入流路１２１と、前記ヒータ１３０と前記内部温湿度センサ１５０までつながるヒーティング流路１２３と、前記内部温湿度センサ１５０から前記光散乱式微細塵センサ１６０までつながるセンシング流路１２５と、前記光散乱式微細塵センサ１６０から前記出口１１３ａまでつながる出口流路１２７と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の光散乱式微細塵測定装置。
  6. 前記センシング流路１２５の幅は、前記ヒーティング流路１２３の幅より狭く形成され、前記ヒーティング流路１２３と前記センシング流路１２５との内壁面には断熱素材で形成されている断熱層１２５ａが備えられることを特徴とする請求項５に記載の光散乱式微細塵測定装置。
  7. 前記流入流路１２１と、前記ヒーティング流路１２３と、前記センシング流路１２５との表面には、静電気防止材料で形成された帯電防止層１２１ａが備えられることを特徴とする請求項６に記載の光散乱式微細塵測定装置。
  8. 前記外部温湿度センサ１４０で測定された外気の外部相対湿度が既設定された目標相対湿度より高い場合、前記ヒータ１３０を駆動させて前記外気の外部相対湿度が前記目標相対湿度に到達する目標温度まで前記外気が加熱されるようにする制御部１８０をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の光散乱式微細塵測定装置。
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