KR101490324B1 - 미세 먼지 원격 측정 시스템 - Google Patents

미세 먼지 원격 측정 시스템 Download PDF

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강기태
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Abstract

본 발명은 미세 먼지 원격 측정 시스템에 관한 것으로, 다수개의 미세 먼지 측정 장치와 별도의 관리 서버 및 관리자 단말기를 네트워크를 통해 연결함으로써, 실시간으로 측정 장소의 미세 먼지 농도를 측정하여 저장 관리할 수 있고, 미세 먼지 측정 장치를 원격 제어할 수 있으며, 미세 먼지 측정 장치의 정상 작동 여부를 원격으로 실시간 모니터링할 수 있고, 미세 먼지 측정 장치에 대해 PM10 입자와 PM2.5 입자에 대한 미세 먼지 농도를 측정할 수 있는 독립적인 임팩터 모듈을 구비하여 선택적으로 작동시킬 수 있도록 함으로써, 측정하고자 하는 크기의 미세 먼지를 다양하게 선택할 수 있으며 선택한 크기의 미세 먼지 농도를 독립적으로 더욱 정확하게 측정할 수 있는 미세 먼지 원격 측정 시스템을 제공한다.

Description

미세 먼지 원격 측정 시스템{Particulate Matter Remotely Measuring System}
본 발명은 미세 먼지 원격 측정 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 다수개의 미세 먼지 측정 장치와 별도의 관리 서버 및 관리자 단말기를 네트워크를 통해 연결함으로써, 실시간으로 측정 장소의 미세 먼지 농도를 측정하여 저장 관리할 수 있고, 미세 먼지 측정 장치를 원격 제어할 수 있으며, 미세 먼지 측정 장치의 정상 작동 여부를 원격으로 실시간 모니터링할 수 있고, 미세 먼지 측정 장치에 대해 PM10 입자와 PM2.5 입자에 대한 미세 먼지 농도를 측정할 수 있는 독립적인 임팩터 모듈을 구비하여 선택적으로 작동시킬 수 있도록 함으로써, 측정하고자 하는 크기의 미세 먼지를 다양하게 선택할 수 있으며 선택한 크기의 미세 먼지 농도를 독립적으로 더욱 정확하게 측정할 수 있는 미세 먼지 원격 측정 시스템에 관한 것이다.
먼지의 분류는 입자 크기에 따라 총부유먼지(일반적으로 50 ㎛ 이하의 공기 중 에 떠있는 모든 먼지, total suspended particle, TSP)와 먼지 입자의 지름이 10 ㎛ 이하인 미세 먼지(PM10) 및 2.5 ㎛ 이하인 미세 먼지(PM2.5)로 구분할 수 있다.
미세 먼지는 발생원에서 직접 대기중에 배출되기도 하지만 가스상으로 배출된 기체의 상변화에 따라 2차 오염물질로 대기 중에서 생성되기도 한다. 따라서 대기 중 미세 먼지의 조성은 발생원에 따라 다르다. 모래먼지, 나대지 등 흙에서 발생한 먼지는 무기물질, 미네랄 성분을 많이 함유하고 있으며, 연소에 의해 발생된 먼지는 검댕, 황화합물, 유기탄소, 미네랄성분, 미량의 중금속 등을 함유하고 있다. 대기 중에서 2차로 생성된 미세 먼지는 휘발성 유기화합물질이 준휘발성 유기화합물로 변화되어 황산화물(SOX)이나, 질소산화물(NOX), 수증기 등과 결합하여 생성된 것으로 유기탄소, 황화합물, 질소산화물 등이 함유되어 있다.
한국의 경우 먼지에 대한 대기환경기준은 시행 초기에 TSP를 환경기준물질로 운영하였으나, 1995년부터 PM10이 추가되어 TSP와 같이 운영되었으며, 2001년부터 PM10만 적용되고 있다. 그러나 2000년대 이후 대기오염물질 중 SO2, CO 등은 수년간 감소 추세를 보이고 있으나, NO2 등과 같이 자동차와 관련된 대기오염물질은 증가하거나 여전히 높은 농도를 보이고 있다.
미세 먼지는 대도시지역의 체감 오염도와 밀접한 관련이 있으며, 특히 미세 먼지에 함유된 중금속 및 유해성 물질은 직접적인 인체건강에 영향을 미치며 것으로 보고되고 있어 미국, WHO 등에서는 PM2.5가 인체에 미치는 유해성을 고려하여 PM2.5에 대한 대기환경기준을 설정하고 있다. 다른나라에 비해 미세 먼지의 농도 수준이 높은 우리나라의 경우, 인체 위해성을 고려한 대기질 관리의 필요성이 요구됨에 따라 PM2.5에 대한 대기환경기준을 설정하여 시행 준비 중이다.
종래 미세 먼지를 측정하는 방법을 살펴보면, 미세 먼지를 측정하고자 하는 장소에서 미세 먼지 측정 장치를 배치하여 해당 장소에서 측정한 미세 먼지의 농도를 측정자가 주기적으로 방문하여 측정하였다. 미세 먼지 측정 장치는 통상적으로 사이클론(Cyclone)이나 임팩터(Impactor)를 구비하고 있는데, 사이클론 또는 임팩터로 인입되는 미세 먼지를 포함한 대기의 관성을 이용하여 입자를 분류하며, 분류된 미세 먼지를 포집하여 중량을 측정하여 미세 먼지의 농도를 측정하게 된다.
미세 먼지의 농도는 표준상태, 예를 들어 0℃, 760mmHg와 같이 설정된 온도와 압력 조건으로 표시되어야 하는데, 측정자는 미세 먼지의 농도를 표준상태로 관측하기 위하여 미세 먼지의 농도를 측정시 미세 먼지 측정 장치에 배치되어 있는 온도계와 압력계를 통해 측정위치의 온도와 압력을 별도로 측정하여야 하며, 측정한 온도와 압력에 기초하여 미세 먼지의 농도를 표준상태로 변경하여 표시하여야 한다.
위에서 살펴본 종래 미세 먼지 측정 장치는 기본적으로 관측자의 관측 행위에 기초하여 미세 먼지 농도를 측정하기 때문에, 관측자는 주기적으로 미세 먼지 측정 장치가 배치되어 있는 장소를 방문하여 미세 먼지의 농도를 측정하여야 하며, 따라서 실시간으로 관측 위치의 미세 먼지 농도를 측정하기 곤란한다.
또한, 종래 미세 먼지 측정 장치의 경우 측정하고자 하는 미세 먼지의 크기에 따라 각각 상이한 크기의 미세 먼지를 포집하기 위한 임팩터를 구비한 미세 먼지 측정 장치를 개별적으로 배치하여야 하거나 측정자가 미세 먼지 측정 장치를 방문하여 원하는 크기의 미세 먼지를 포집할 수 있는 임팩터로 교환하여야 한다. 따라서 1개의 미세 먼지 측정 장치를 통해 원하는 크기의 미세 먼지 농도를 선택적으로 측정하기 곤란하거나 측정자가 직접 미세 먼지 측정 장치를 방문하여 임팩터를 교환하여야 하는 불편함이 있다. 최근에는 서로 다른 크기의 미세 먼지를 동시에 포집할 수 있는 임팩터 등이 개발되고 있으나, 이는 각각 독립적으로 작동하지 못해 각각의 미세 먼지 농도에 대한 측정 정확도가 모두 저하된다는 문제가 있다.
또한, 미세 먼지를 포집하는 과정에서 임팩터에 유입되는 미세 먼지의 유량 및 유속이 일정하게 유지되어야만 정확한 측정 결과를 얻을 수 있는데, 종래 기술에 따른 미세 먼지 측정 장치의 임팩터는 외부 환경의 변화에 따라 미세 먼지의 유입 유량 및 유속이 변화하게 되어 정확한 측정 결과를 얻을 수 없는 문제가 있다.
국내특허등록 제10-1168948호
본 발명은 위에서 언급한 종래 미세 먼지 측정 장치가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 실시간으로 측정 장소의 미세 먼지 농도를 측정하여 저장 관리할 수 있으며, 미세 먼지 측정 장치를 원격 제어할 수 있고, 미세 먼지 측정 장치의 정상 작동 여부를 원격으로 실시간 모니터링할 수 있는 미세 먼지 원격 측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 측정하고자 하는 크기의 미세 먼지를 다양하게 선택할 수 있으며 선택한 크기의 미세 먼지 농도를 독립적으로 측정할 수 있는 미세 먼지 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 임팩터에 유입되는 미세 먼지의 유입 유량 및 유속을 일정하게 유지시켜 미세 먼지에 대한 포집 정확도를 향상시킴으로써, 미세 먼지 농도의 측정 결과에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 미세 먼지 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 대기 중의 미세 먼지를 포집하여 미세 먼지 농도를 실시간으로 측정하며, 서로 다른 장소에 각각 설치되는 다수개의 미세 먼지 측정 장치; 다수개의 상기 미세 먼지 측정 장치와 네트워크로 연결되어 각각의 미세 먼지 측정 장치로부터 미세 먼지 농도에 대한 정보를 실시간으로 수신하여 저장하는 관리 서버; 및 상기 네트워크를 통해 상기 미세 먼지 측정 장치 및 관리 서버와 연결되어 상기 미세 먼지 측정 장치 및 관리 서버에 제어 신호를 송신하는 관리자 단말기를 포함하고, 상기 관리자 단말기를 통해 상기 미세 먼지 측정 장치 및 관리 서버를 원격 제어하여 대기 중의 미세 먼지 농도에 대한 측정 작업을 원격으로 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 원격 측정 시스템을 제공한다.
이때, 상기 관리자 단말기는 다수개의 상기 미세 먼지 측정 장치로부터 상기 관리 서버에 수신 저장된 미세 먼지 농도에 대한 정보를 상기 관리 서버로부터 상기 네트워크를 통해 실시간으로 수신하여 출력하고, 상기 관리자 단말기를 통해 미세 먼지 농도에 대한 정보를 원격으로 실시간 모니터링할 수 있다.
또한, 상기 관리자 단말기는 미세 먼지 농도에 대한 정보가 비정상적인 경우, 관리자에게 경고할 수 있는 별도의 알람 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 알람 신호는 비정상적인 미세 먼지 농도에 대한 정보가 다수개의 상기 미세 먼지 측정 장치 중 어느 것으로부터 수신된 것인지를 출력하도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 미세 먼지 측정 장치는 직경 10μm 이하의 미세 먼지 농도를 측정하는 제 1 임팩터 모듈; 직경 2.5μm 이하의 미세 먼지 농도를 측정하는 제 2 임팩터 모듈; 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에 미세 먼지가 유입되도록 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈의 출구측에 흡입 배관을 통해 연결되는 흡입 펌프; 및 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에 미세 먼지가 등속 유입되도록 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈의 입구측에 연결되는 대기 도입부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 대기 도입부는 외부로부터 대기가 유입되도록 형성되는 완충 챔버; 상기 완충 챔버로부터 대기가 유입되도록 상기 완충 챔버에 연결되며 대기의 흐름이 층류 형태로 나타나도록 형성되는 층류관; 및 상기 층류관으로부터 분기되어 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈의 입구측에 각각 연결되는 분기관을 포함하고, 상기 흡입 펌프의 흡입 압력을 통해 상기 완충 챔버로부터 상기 층류관과 분기관을 거쳐 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈로 대기가 각각 유입될 수 있다.
또한, 상기 분기관에는 각각 개폐 밸브가 장착되고, 상기 분기관의 개폐 밸브를 선택적으로 개폐함에 따라 상기 제 1 임팩터 모듈 또는 제 2 임팩터 모듈을 통한 미세 먼지 농도 측정 작업을 선택적으로 수행할 수 있다.
또한, 상기 흡입 배관은 일단이 상기 흡입 펌프에 연결되는 메인 흡입 배관과, 상기 메인 흡입 배관의 타단으로부터 분기되어 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에 각각 연결되는 분기 흡입 배관을 포함하고, 상기 분기 흡입 배관에는 각각 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에 전달되는 상기 흡입 펌프의 흡입 압력을 조절할 수 있도록 유량 조절 밸브가 장착될 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에는 각각 입구측과 출구측의 압력 차이를 측정할 수 있는 차압 센서가 장착되고, 상기 유량 조절 밸브는 상기 차압 센서의 측정값에 따라 개도량을 조절하도록 작동할 수 있다.
또한, 상기 메인 흡입 배관의 타단에는 상기 흡입 펌프의 흡입 압력에 의해 음압이 형성되는 별도의 음압 평형 챔버가 연결되고, 상기 분기 흡입 배관은 상기 음압 평형 챔버로부터 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에 각각 연결되며, 상기 음압 평형 챔버에는 내부 공간에 음압의 크기가 일정하게 유지될 수 있도록 일측에 별도의 백프레셔 밸브가 장착될 수 있다.
본 발명에 의하면, 다수개의 미세 먼지 측정 장치와 별도의 관리 서버 및 관리자 단말기를 네트워크를 통해 연결함으로써, 실시간으로 측정 장소의 미세 먼지 농도를 측정하여 저장 관리할 수 있고, 미세 먼지 측정 장치를 원격 제어할 수 있으며, 미세 먼지 측정 장치의 정상 작동 여부를 원격으로 실시간 모니터링할 수 있는 효과가 있다.
또한, 미세 먼지 측정 장치에 대해 PM10 입자와 PM2.5 입자에 대한 미세 먼지 농도를 측정할 수 있는 독립적인 임팩터 모듈을 구비하여 선택적으로 작동시킬 수 있도록 함으로써, 측정하고자 하는 크기의 미세 먼지를 다양하게 선택할 수 있으며 선택한 크기의 미세 먼지 농도를 독립적으로 더욱 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 임팩터 모듈의 전단에 별도의 대기 도입부를 형성함으로써, 임팩터에 유입되는 미세 먼지의 유입 유량 및 유속을 일정하게 유지시켜 미세 먼지에 대한 포집 정확도를 향상시킴으로써, 미세 먼지 농도의 측정 결과에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 각 임팩터 모듈에 연결되는 분기 흡입 배관에 유량 조절 밸브를 장착하고, 별도의 음압 평형 챔버를 장착함으로써, 각 임팩터 모듈을 통과하는 미세 먼지의 유량 변화를 신속하게 조절할 수 있으며, 이 경우에도 각 임팩터 모듈에 대해 상호 작용 없이 독립적인 방식으로 유량 조절이 가능하고, 이에 따라 더욱 안정적이고 정확한 미세 먼지 농도를 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 원격 측정 시스템을 설명하기 위한 기능 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 원격 측정 시스템을 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 1을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 네트워크(20)에는 다수의 미세 먼지 측정 장치(10), 관리 서버(30) 및 관리자 단말기(40)가 접속되어 있는데, 네트워크(20)를 통해 다수의 미세 먼지 측정 장치(10)와 관리 서버(30) 사이, 다수의 미세 먼지 측정 장치(10)와 관리자 단말기(40) 사이, 또는 관리 서버(30)와 관리자 단말기(40) 사이에서 데이터를 송수신하거나 제어 신호를 송수신한다. 여기서 네트워크는 다양한 유선/무선 네트워크가 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다.
다수의 미세 먼지 측정 장치(10)는 각각 미세 먼지를 측정하고자 하는 장소에 배치되어 있는데, 미세 먼지 측정 장치(10)는 측정 장소에서 대기의 미세 먼지 농도를 측정하여 측정한 미세 먼지의 농도에 대한 정보를 저장하거나 네트워크(20)를 통해 관리 서버(30)로 실시간으로 송신한다.
관리 서버(30)는 다수의 미세 먼지 측정 장치(10)로부터 수신한 대기의 미세 먼지 농도에 대한 정보를 각 미세 먼지 측정 장치(10)에 매핑하여 시간의 순서로 저장하고 있으며, 관리자 단말기(40)로부터 대기의 미세 먼지 농도에 대한 정보를 요청하는 메시지를 수신하는 경우 해당 미세 먼지의 요청 시간대의 대기 미세 먼지에 대한 정보를 관리자 단말기(40)로 송신한다.
관리자 단말기(40)는 미세 먼지 측정 장치(10)와 관리 서버(30)를 관리하는 관리자가 사용하는 단말기로, 관리자는 관리자 단말기(40)를 통해 미세 먼지 측정 장치를 제어하기 위한 사용자 명령을 입력하거나 관리 서버를 제어하기 위한 사용자 명령을 입력하며, 관리자 단말기(40)는 사용자 명령에 따라 제어 신호를 생성하여 미세 먼지 측정 장치(10)로 송신하거나 관리 서버(30)로 송신한다.
따라서, 관리자 단말기(40)를 통해 미세 먼지 측정 장치(10) 및 관리 서버(30)를 원격 제어하여 대기 중의 미세 먼지 농도에 대한 측정 작업을 원격으로 수행할 수 있다.
이때, 관리자 단말기(40)는 다수개의 미세 먼지 측정 장치(10)로부터 관리 서버(30)에 수신 저장된 미세 먼지 농도에 대한 정보를 관리 서버(30)로부터 네트워크를 통해 실시간으로 수신하여 출력하도록 구성될 수 있다. 이에 따라 관리자 단말기(40)를 통해 미세 먼지 농도에 대한 정보를 원격으로 실시간 모니터링할 수 있다.
또한, 관리자 단말기(40)는 미세 먼지 농도에 대한 정보가 비정상적인 경우, 관리자에게 경고할 수 있는 별도의 알람 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 이때, 알람 신호는 비정상적인 미세 먼지 농도에 대한 정보가 다수개의 미세 먼지 측정 장치(10) 중 어느 것으로부터 수신된 것인지를 출력하도록 형성될 수 있으며, 이를 통해 어느 장소의 미세 먼지 측정 장치(10)가 고장 또는 비정상 작동하는지 알 수 있다.
이러한 구성에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 원격 측정 시스템은 미세 먼지 측정 장치(10)가 설치된 장소에 별도의 관리 인원을 둘 필요가 없이 관리자 단말기(40)가 위치한 어느 한 지점에서 원격으로 여러 장소의 미세 먼지 측정 장치(10)를 제어할 수 있다. 따라서, 관리 인원을 감소할 수 있어 더욱 효율적인 관리가 가능하다. 또한, 실시간으로 계속해서 미세 먼지 농도 정보를 모니터링할 수 있어 특정 장소의 미세 먼지 측정 장치(10)에 이상이 발생한 경우, 이를 알람 신호를 통해 즉시 발견할 수 있어 신속한 대응 조치가 가능하다.
한편, 미세 먼지 측정 장치(10)는 관리자 단말기의 제어 신호에 따라 설치된 장소의 대기 미세 먼지의 농도를 측정하는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치를 이하 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 직경 10μm 이하의 미세 먼지 농도를 측정하는 제 1 임팩터 모듈(110)과, 직경 2.5μm 이하의 미세 먼지 농도를 측정하는 제 2 임팩터 모듈(120)과, 제 1 및 제 2 임팩터 모듈(110,120)에 미세 먼지가 유입되도록 제 1 및 제 2 임팩터 모듈(110,120)의 출구측에 흡입 배관(400)을 통해 연결되는 흡입 펌프(200)와, 제 1 및 제 2 임팩터 모듈(110,120)에 미세 먼지가 등속 유입되도록 제 1 및 제 2 임팩터 모듈(110,120)의 입구측에 연결되어 미세 먼지를 등속 상태로 안전화시키는 대기 도입부(300)를 포함하여 구성된다.
임팩터 모듈(110,120)은 내부로 유입되는 미세 먼지를 포함한 대기의 관성을 이용하여 입자를 분류하며, 분류된 미세 먼지를 포집하여 중량을 측정하여 미세 먼지의 농도를 측정하도록 구성되는데, 이러한 임팩터 모듈(110,120)은 PM10 입자를 포집할 수 있는 제 1 임팩터 모듈(110)과, PM2.5 입자를 포집할 수 있는 제 2 임팩터 모듈(120)을 포함한다. 각각의 임팩터 모듈(110,120)에는 해당 입자를 포집할 수 있도록 포집 필터(101)가 장착된다. 이러한 임팩터 모듈은 다양한 구조 및 방식으로 널리 사용되고 있으므로, 여기에서 상세한 설명은 생략한다.
흡입 펌프(200)는 흡입 배관(400)을 통해 임팩터 모듈(110,120)과 연결되며, 임팩터 모듈(110,120)에 흡입 압력을 전달하여 임팩터 모듈(110,120)의 내부 공간에 미세 먼지를 포함한 대기가 유입되도록 한다.
대기 도입부(300)는 임팩터 모듈(110,120)에 유입되는 미세 먼지가 등속 유입되도록 하기 위한 구성으로, 이를 통해 임팩터 모듈(110,120)에 의한 미세 먼지 농도 측정 결과에 대한 정확도가 향상된다. 즉, 임팩터 모듈(110,120)은 전술한 바와 같이 대기의 관성을 이용하여 입자를 분류하도록 구성되므로, 미세 먼지를 포함한 대기의 유속이 등속도로 일정하게 임팩터 모듈(110,120)로 유입되어야만 더욱 정확한 입자 분류가 가능하고, 이에 따라 미세 먼지 농도에 대한 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다. 이를 위해 본 발명에서는 임팩터 모듈(110,120)에 미세 먼지가 등속 유입되도록 하는 대기 도입부(300)가 구비된다.
대기 도입부(300)는 외부로부터 대기가 유입되도록 형성되는 완충 챔버(310)와, 완충 챔버(310)로부터 대기가 유입되도록 완충 챔버(310)에 연결되며 대기의 흐름이 층류 형태로 나타나도록 충분한 유동 길이를 갖도록 형성되는 층류관(320)과, 층류관(320)으로부터 분기되어 제 1 및 제 2 임팩터 모듈(110,120)의 입구측에 각각 연결되는 분기관(330)을 포함하여 구성된다.
이러한 구조에 따라 흡입 펌프(200)가 작동하면, 흡입 압력이 임팩터 모듈(110,120)를 통해 대기 도입부(300)로 전달되고, 이에 따라 완충 챔버(310) 내부 공간에 음압이 형성되어 완충 챔버(310) 내부 공간으로 외부 대기가 유입된다. 완충 챔버(310)에 유입된 대기는 완충 챔버(310) 내부에서 안정적인 상태로 유지된다. 즉, 외부 바람 등의 영향으로부터 차단되어 상대적으로 안정적인 상태를 유지하게 된다. 완충 챔버(310)에 저장된 대기는 이후 층류관(320)을 따라 유동하게 되는데, 층류관(320)은 내부 대기의 유동이 층류로 안정적인 흐름을 나타낼 수 있도록 충분히 길게 형성되는 것이 바람직하다. 이후, 층류관(320)으로부터 분기된 분기관(330)을 통해 제 1 임팩터 모듈(110) 및 제 2 임팩터 모듈(120)로 유입되고, 제 1 임팩터 모듈(110) 및 제 2 임팩터 모듈(120)을 각각 통과하여 흡입 배관(400)을 통해 흡입 펌프(200) 측으로 배출된다. 이때, 미세 먼지를 포함한 대기가 제 1 및 제 2 임팩터 모듈(110,120)을 통과하는 과정에서 각각 PM10 입자와 PM2.5 입자가 독립적으로 포집되고, 이에 대한 중량을 측정하는 방식으로 대기에 포함된 미세 먼지의 농도를 측정할 수 있다.
이때, 각 분기관(330)에는 각각 개폐 밸브(340)가 장착되고, 각 분기관(330)의 개폐 밸브(340)를 선택적으로 개폐함에 따라 제 1 임팩터 모듈(110) 또는 제 2 임팩터 모듈(120)을 통한 미세 먼지 농도 측정 작업을 선택적으로 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 미세 먼지 원격 측정 시스템은 PM10 입자와 PM2.5 입자에 대한 미세 먼지 농도를 각각 독립적으로 측정할 수 있는 임팩터 모듈(110,120)을 별도로 구비함으로써, 이들 입자에 대한 미세 먼지 농도를 독립적으로 측정할 수 있어 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다. 또한, 분기관(330)에 장착된 개폐 밸브(340)를 선택적으로 개폐함에 따라 특정 크기의 입자에 대한 미세 먼지 농도를 선택적으로 측정할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 미세 먼지 원격 측정 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이 흡입 배관(400)이 메인 흡입 배관(410)과, 분기 흡입 배관(420)으로 구분된다.
메인 흡입 배관(410)은 일단이 흡입 펌프(200)에 연결되고, 분기 흡입 배관(420)은 메인 흡입 배관(410)의 타단으로부터 분기되어 제 1 및 제 2 임팩터 모듈(110,120)에 각각 연결된다. 이때, 분기 흡입 배관(420)에는 각각 제 1 및 제 2 임팩터 모듈(110,120)에 전달되는 흡입 펌프(200)의 흡입 압력을 조절할 수 있도록 유량 조절 밸브(430)가 장착된다.
또한, 제 1 및 제 2 임팩터 모듈(110,120)에는 각각 입구측과 출구측의 압력 차이를 측정할 수 있는 차압 센서(500)가 장착되고, 유량 조절 밸브(430)는 차압 센서(500)의 측정값에 따라 개도량을 조절하도록 작동할 수 있다.
즉, 임팩터 모듈(110,120)을 통과하는 대기의 흐름은 그 유량이 일정하게 유지되어야 임팩터 모듈(110,120) 내부에서 정확하게 입자를 분류할 수 있으므로, 그 유량을 일정하게 유지하는 것이 중요한데, 이러한 유량을 측정하기 위해 임팩터 모듈(110,120)에는 입구측과 출구측의 압력 차이를 측정하는 차압 센서(500)가 장착된다. 임팩터 모듈(110,120)에서 대기의 유동은 압력 차이에 의해 발생하므로, 유량은 압력 변화에 종속되게 변화하게 되고, 이에 따라 임팩터 모듈(110,120)의 차압 센서(500)를 통해 유량 변화를 측정할 수 있다. 따라서, 차압 센서(500)에 의해 측정된 압력 차이값이 일정하게 유지되지 않고 변화하게 되면, 임팩터 모듈(110,120)을 통과하는 대기의 유량이 변화하게 됨을 의미하므로, 이 경우, 유량 조절 밸브(430)의 개도량을 조절함으로써, 압력 차이를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 유량 또한 일정하게 유지시킬 수 있다.
따라서, 유량 조절 밸브(430)는 차압 센서(500)의 측정값에 따라 개도량을 조절하도록 작동하는 것이 바람직하다.
한편, 메인 흡입 배관(410)의 타단에는 흡입 펌프(200)의 흡입 압력에 의해 음압이 형성되는 별도의 음압 평형 챔버(600)가 연결되고, 분기 흡입 배관(420)은 이러한 음압 평형 챔버(600)로부터 제 1 및 제 2 임팩터 모듈(110,120)에 각각 연결되며, 음압 평형 챔버에는 내부 공간에 음압의 크기가 일정하게 유지될 수 있도록 일측에 별도의 백프레셔 밸브(610)가 장착된다.
백프레셔 밸브(610)는 전후단의 압력 차이에 연동하여 개도량을 조절하는 밸브로서, 음압 평형 챔버(600)의 압력을 일정하게 유지시키는 기능을 수행한다. 즉, 음압 평형 챔버(600)의 압력이 높아지면 백프레셔 밸브(610)의 개도량이 증가하여 백프레셔 밸브(610)를 통한 유체 배출량을 증가시켜 음압 평형 챔버(600)의 압력을 낮추고, 반대로 음압 평형 챔버(600)의 압력이 낮아지면 백프레셔 밸브(610)의 개도량이 감소하여 유체 배출량을 감소시켜 음압 평형 챔버(600)의 압력을 증가시킨다. 이러한 방식으로 음압 평형 챔버(600) 내부 압력을 일정하게 유지시킨다.
이러한 구성의 기능에 대해 좀더 구체적으로 살펴보면, 흡입 배관(400)이 단순히 도 2에 도시된 바와 같이 음압 평형 챔버(600)가 없이 구성된 경우라면, 어느 하나의 임팩터 모듈, 예를 들면, 제 1 임팩터 모듈(110)을 통과하는 유체 유량을 일정하게 유지시키기 위해 해당 임팩터 모듈에 연결된 분기 흡입 배관(420)의 유량 조절 밸브(430)에 대한 개도량을 조절하게 되면, 이로 인해 제 2 임팩터 모듈(120)에 연결된 분기 흡입 배관(420)의 유동 압력이 변화할 수 있고, 이에 따라 제 2 임팩터 모듈(120)을 통과하는 유체 유량이 변화하게 되는 악순환이 이어질 수 있다.
따라서, 메인 흡입 배관(410)과 분기 흡입 배관(420)의 연결 부위에 별도의 음압 평형 챔버(600)를 장착하고, 백프레셔 밸브(610)를 통해 음압 평형 챔버(600)의 내부 압력을 일정하게 유지시킬 수 있도록 함으로써, 위와 같은 악순환을 방지할 수 있다. 즉, 제 1 임팩터 모듈(110)에 연결된 분기 흡입 배관(420)의 유량 조절 밸브(430)에 대한 개도량을 조절하게 되면, 음압 평형 챔버(600)의 압력이 순간적으로 변화하게 되는데, 이는 백프레셔 밸브(610)를 통해 그 즉시 정상 상태로 유지되므로, 제 2 임팩터 모듈(120)에 연결된 분기 흡입 배관(420)의 유동 압력 변화를 초래하지 않는다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 측정 장치(10)는 미세 먼지 농도를 더욱 안정화된 상태로 정확하게 측정할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 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. 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.
10: 미세 먼지 측정 장치 20: 네트워크
30: 관리 서버 40: 관리자 단말기
110: 제 1 임팩터 모듈 120: 제 2 임팩터 모듈
200: 흡입 펌프 300: 대기 도입부
310: 완충 챔버 320: 층류관
330: 분기관 340: 개폐 밸브
400: 흡입 배관 410: 메인 흡입 배관
420: 분기 흡입 배관 430: 유량 조절 밸브
500: 차압 센서 600: 음압 평형 챔버
610: 백프레셔 밸브

Claims (10)

  1. 대기 중의 미세 먼지를 포집하여 미세 먼지 농도를 실시간으로 측정하며, 서로 다른 장소에 각각 설치되는 다수개의 미세 먼지 측정 장치;
    다수개의 상기 미세 먼지 측정 장치와 네트워크로 연결되어 각각의 미세 먼지 측정 장치로부터 미세 먼지 농도에 대한 정보를 실시간으로 수신하여 저장하는 관리 서버; 및
    상기 네트워크를 통해 상기 미세 먼지 측정 장치 및 관리 서버와 연결되어 상기 미세 먼지 측정 장치 및 관리 서버에 제어 신호를 송신하는 관리자 단말기
    를 포함하고, 상기 관리자 단말기를 통해 상기 미세 먼지 측정 장치 및 관리 서버를 원격 제어하여 대기 중의 미세 먼지 농도에 대한 측정 작업을 원격으로 수행할 수 있고,
    상기 미세 먼지 측정 장치는
    직경 10μm 이하의 미세 먼지 농도를 측정하는 제 1 임팩터 모듈;
    직경 2.5μm 이하의 미세 먼지 농도를 측정하는 제 2 임팩터 모듈;
    상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에 미세 먼지가 유입되도록 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈의 출구측에 흡입 배관을 통해 연결되는 흡입 펌프; 및
    상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에 미세 먼지가 등속 유입되도록 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈의 입구측에 연결되는 대기 도입부를 포함하고,
    상기 흡입 배관은
    일단이 상기 흡입 펌프에 연결되는 메인 흡입 배관과, 상기 메인 흡입 배관의 타단으로부터 분기되어 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에 각각 연결되는 분기 흡입 배관을 포함하고,
    상기 분기 흡입 배관에는 각각 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에 전달되는 상기 흡입 펌프의 흡입 압력을 조절할 수 있도록 유량 조절 밸브가 장착되며,
    상기 메인 흡입 배관의 타단에는 상기 흡입 펌프의 흡입 압력에 의해 음압이 형성되는 별도의 음압 평형 챔버가 연결되고, 상기 분기 흡입 배관은 상기 음압 평형 챔버로부터 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에 각각 연결되며,
    상기 음압 평형 챔버에는 내부 공간에 음압의 크기가 일정하게 유지될 수 있도록 일측에 별도의 백프레셔 밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 원격 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 관리자 단말기는 다수개의 상기 미세 먼지 측정 장치로부터 상기 관리 서버에 수신 저장된 미세 먼지 농도에 대한 정보를 상기 관리 서버로부터 상기 네트워크를 통해 실시간으로 수신하여 출력하고, 상기 관리자 단말기를 통해 미세 먼지 농도에 대한 정보를 원격으로 실시간 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 원격 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 관리자 단말기는 미세 먼지 농도에 대한 정보가 비정상적인 경우, 관리자에게 경고할 수 있는 별도의 알람 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 원격 측정 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 알람 신호는 비정상적인 미세 먼지 농도에 대한 정보가 다수개의 상기 미세 먼지 측정 장치 중 어느 것으로부터 수신된 것인지를 출력하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 원격 측정 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 대기 도입부는
    외부로부터 대기가 유입되도록 형성되는 완충 챔버;
    상기 완충 챔버로부터 대기가 유입되도록 상기 완충 챔버에 연결되며 대기의 흐름이 층류 형태로 나타나도록 형성되는 층류관; 및
    상기 층류관으로부터 분기되어 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈의 입구측에 각각 연결되는 분기관
    을 포함하고, 상기 흡입 펌프의 흡입 압력을 통해 상기 완충 챔버로부터 상기 층류관과 분기관을 거쳐 상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈로 대기가 각각 유입되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 원격 측정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 분기관에는 각각 개폐 밸브가 장착되고,
    상기 분기관의 개폐 밸브를 선택적으로 개폐함에 따라 상기 제 1 임팩터 모듈 또는 제 2 임팩터 모듈을 통한 미세 먼지 농도 측정 작업을 선택적으로 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 원격 측정 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 임팩터 모듈에는 각각 입구측과 출구측의 압력 차이를 측정할 수 있는 차압 센서가 장착되고,
    상기 유량 조절 밸브는 상기 차압 센서의 측정값에 따라 개도량을 조절하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 원격 측정 시스템.
  10. 삭제
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