KR101960226B1 - 블랙카본 측정장치 - Google Patents
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Abstract
기존의 블랙카본 측정장치는 공기 또는 대기 중의 농도를 단일광(880nm)을 이용하여 측정하는 장치가 개발되었으나, 공기 중의 수분에 의한 영향을 제거하지는 못하였다. 즉, 공기 중의 수분필터를 전 처리 공정에서 사용한 예는 있으나, 수분을 필터링하는 과정에서 블랙카본도 같이 필터링 될 가능성이 있어, 본 발명은 전 처리 과정에서 수분필터를 사용하지 않고 수분의 영향을 제거하고자 한다.
이를 위하여 본 발명의 블랙카본 측정장치(500);는 장치 상단에 구비되는 주광원(100); 및 상기 주광원(100)의 빛을 하단에 구비된 제1챔버(400), 제2챔버(410), 제3챔버(420) 및 제4챔버(430)에 전달하는 광확산부(700); 및 외부의 공기를 유입하는 외기유입구(200); 및 상기 유입된 공기가 배출되는 외기배출구(210); 및 상기 외기유입구(200)로 유입된 공기 중의 블랙카본을 필터링하는 필터(300); 및 상기 필터를 통과한 공기가 순환하여 배출되는 상기 제1챔버(400) 및 제2챔버(410); 및 상기 주광원(100)에서 발생한 빛이 상기 제1챔버 내지 제4챔버를 통과하여 하단에서 통과된 빛의 세기를 측정하는 제1감지센서(600), 제2감지센서(610), 제3감지센서(620) 및 제4감지센서(630)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정장치를 제공한다.
상기 구성에 의하여, 적외선 영영의 측정 주파수를 사용하는 블랙카본 측정장치에 있어서, 대기 중에 수분이 많이 포함된 경우 상기 적외선 영역의 수분에 의한 흡수 파장으로 인하여 블랙카본의 측정이 부정확할 수 있는 점을 보완하였다.
이를 위하여 본 발명의 블랙카본 측정장치(500);는 장치 상단에 구비되는 주광원(100); 및 상기 주광원(100)의 빛을 하단에 구비된 제1챔버(400), 제2챔버(410), 제3챔버(420) 및 제4챔버(430)에 전달하는 광확산부(700); 및 외부의 공기를 유입하는 외기유입구(200); 및 상기 유입된 공기가 배출되는 외기배출구(210); 및 상기 외기유입구(200)로 유입된 공기 중의 블랙카본을 필터링하는 필터(300); 및 상기 필터를 통과한 공기가 순환하여 배출되는 상기 제1챔버(400) 및 제2챔버(410); 및 상기 주광원(100)에서 발생한 빛이 상기 제1챔버 내지 제4챔버를 통과하여 하단에서 통과된 빛의 세기를 측정하는 제1감지센서(600), 제2감지센서(610), 제3감지센서(620) 및 제4감지센서(630)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정장치를 제공한다.
상기 구성에 의하여, 적외선 영영의 측정 주파수를 사용하는 블랙카본 측정장치에 있어서, 대기 중에 수분이 많이 포함된 경우 상기 적외선 영역의 수분에 의한 흡수 파장으로 인하여 블랙카본의 측정이 부정확할 수 있는 점을 보완하였다.
Description
본 발명은 공기 중에 포함된 블랙카본을 측정하는 장치에 관한 것이다. 좀 더 자세하게는 단일파장의 빛을 사용하여 블랙카본을 정확하게 측정하는 측정기술에 관한 것이다.
본 발명 출원 이전의 선행기술로는 본 발명의 개량 이전의 기술로 블랙카본 측정 장치가 개시되어 있다. 하우징; 하우징의 상부에 배치되는 광원; 하우징의 하부에 배치되는 제1, 제2, 제3 광 검출기; 광원으로부터 조사된 빛이 하우징의 내부로 유입되도록 하우징에 구비되는 광가이드부; 광가이드부의 하부에 배치되며, 광가이드부를 통과한 빛을 제1, 제2,제3 광 검출기로 각각 안내하도록 하우징에 각각 분리 형성되는 제1, 제2, 제3 광로; 광가이드부와 제1, 제2 광로 사이에 개재되는 필터; 및 내부로 유입된 외기가 광가이드부, 필터, 제1 광로를 경유하여 외부로 배출되도록 하우징에 형성되는 유로를 포함한 기술이다.
일반적으로, 블랙카본은 석탄, 석유, 나무 등과 같이 탄소를 포함한 연료가 불완전 연소할 때 나오는 그을음을 가리키는 것으로, 공학에서 말하는 카본블랙과 같은 물질이다. 블랙카본은 보통 자동차 매연이나 아궁이 등에서 나오는 검은 연기에 포함되어 있다. 블랙카본은 햇빛을 흡수해 적외선으로 전환시켜 대기 중으로 배출하는데, 이때 열을 함께 배출시키기 때문에 지구온난화에 영향을 미친다.
블랙카본은 잘 알려진 바와 같이 대기 중의 열을 흡수하고, 태양빛을 반사하는 정도를 줄여 온난화에 영향을 준다. 지구온난화에 영향을 미치는 정도는 이산화탄소가 40% 정도이고, 블랙카본은 두 번째로 높은 18% 정도인 것으로 알려져 있다.
이러한 블랙카본의 공기 또는 대기 중의 농도를 단일광(880nm)을 이용하여 측정하는 장치가 개발되었으나, 공기 중의 수분에 의한 영향을 제거하지는 못하였다. 즉, 공기 중의 수분필터를 전 처리 공정에서 사용한 예는 있으나, 수분을 필터링하는 과정에서 블랙카본도 같이 필터링될 가능성이 있어, 본 발명은 전처리 과정에서 수분 제거 필터를 사용하지 않고 블랙카본 측정에서의 수분에 의한 영향을 제거하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여,
본 발명의 블랙카본 측정장치(500);는 장치 상단에 구비되는 주광원(100); 및
상기 주광원(100)의 빛을 하단에 구비된 제1챔버(400), 제2챔버(410), 제3챔버(420) 및 제4챔버(430)에 전달하는 광확산부(700); 및 외부의 공기를 유입하는 외기유입구(200); 및 상기 유입된 공기가 배출되는 외기배출구(210); 및 상기 외기유입구(200)로 유입된 공기 중의 블랙카본을 필터링하는 필터(300); 및 상기 필터를 통과한 공기가 순환하여 배출되는 상기 제1챔버(400) 및 제2챔버(410); 및 상기 주광원(100)에서 발생한 빛이 상기 제1챔버 내지 제4챔버를 통과하여 하단에서 통과된 빛의 세기를 측정하는 제1감지센서(600), 제2감지센서(610), 제3감지센서(620) 및 제4감지센서(630)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정장치를 제공한다.
또한, 제1항에 있어서, 상기 제4챔버의 측면에 외부의 공기가 필터 없이 유입되어 상기 주광원(100)에서 발생한 빛이 통과하여 상기 제4감지센서(630)에서 측정될 수 있도록 외기측정구(220)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정장치를 제공한다.
또한, 제1항에 있어서, 상기 주광원(100)과 인접하여 상기 주광원(100)과 다른 주파수의 광을 발생하는 보조광원(110)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 블랙카본 측정장치(500);는 장치 상단에 구비되는 주광원(100); 및 상기 주광원(100)의 빛을 하단에 구비된 제1챔버(400), 제2챔버(410), 제3챔버(420) 및 제4챔버(430)에 전달하는 광확산부(700); 및 외부의 공기를 유입하는 외기유입구(200); 및 상기 유입된 공기가 배출되는 외기배출구(210); 및 상기 외기유입구(200)로 유입된 공기 중의 블랙카본을 필터링하는 필터(300); 및 상기 필터를 통과한 공기가 순환하여 배출되는 상기 제1챔버(400), 제2챔버(410) 및 제3챔버(420); 및 상기 제3챔버의 상기 외기유입관측면에 구비되는 평면히터(710) 및 상기 제3챔버의 온도를 측정하는 온도센서(720); 및 상기 주광원(100)에서 발생한 빛이 상기 제1챔버 내지 제4챔버를 통과하여 하단에서 통과된 빛의 세기를 측정하는 제1감지센서(600), 제2감지센서(610), 제3감지센서(620) 및 제4감지센서(630)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정장치를 제공한다.
상기 구성에 의하여, 적외선 영영의 측정 주파수를 사용하는 블랙카본 측정장치에 있어서, 대기 중에 수분이 많이 포함된 경우 상기 적외선 영역의 수분에 의한 흡수 파장으로 인하여 블랙카본의 측정이 부정확할 수 있는 점을 보완하였다.
또한, 주광원 이외에 보조광원을 사용하여 단일파장으로 측정할 수 있는 한계를 극복하고자 하였다. 즉, 두 개의 광원을 번갈아 사용함으로써, 특히 실내 공기의 품질에 영향을 많이 주는 이산화탄소의 농도를 측정하고 이를 경고할 수 있는 기능을 더 추가하여 기존의 블랙카본 측정기가 블랙카본 만을 측정하는 문제를 해결하였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 해당하는 블랙카본 측정장치 단면도 이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 해당하는 블랙카본 측정장치 단면도 이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 해당하는 블랙카본 측정장치 단면도 이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 해당하는 블랙카본 측정장치 단면도 이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 해당하는 블랙카본 측정장치 단면도 이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 해당하는 블랙카본 측정장치 단면도 이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 해당하는 블랙카본 측정장치 단면도 이다.
본 발명의 작용 효과를 도면을 참고하여 설명하면 하기와 같다.
<실시 예1>
도1은 본 발명의 제1 실시 예다. 본 발명의 제1 실시 예에서는 외부에서 유입된 공기중의 블랙카본을 필터로 필터링하여 블랙카본의 농도를 제1 챔버를 통과한 빛의 세기로부터 제1챔버하단의 제1감지센서에서 블랙카본의 농도를 측정하며, 제2챔버에서는 블랙카본이 필터링된 공기를 유입하여 외기 속에 포함된 블랙카본 이외의 광흡수 신호를 측정한다. 제3챔버는 오염되지 않은 깨끗하고, 수분이 없는 공기가 채워진 챔버로 베이스 신호 보정에 사용된다. 제4챔버는 진공챔버로 광신호만을 측정하여 광신호의 강약에 따른 전체적인 광신호의 보정에 사용한다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 블랙카본 측정 과정을 기술하면 하기와 같다.
외부공기를 유입하는 공기유입단계(SA1); 및 상기 유입된 외부공기가 블랙 카본측정용 필터를 통과하여 블랙카본이 걸러지는 블랙카본 필터링단계(SA2); 및 상기 필터링된 외부공기가 제2챔버를 통과하는 제2챔버 통과단계(SA3); 및 주광원에서 광을 발생하는 광발생단계(SA4); 및 제1감지센서 내지 제4감지센서에서 신호를 측정하는 신호측정단계(SA5); 및 상기 제4챔버에서 측정된 광신호를 이용하여 제1감지센서 내지 제3감지센서의 신호크기를 조정하는 광세기보정단계(SA6); 및 상기 제3챔버에 측정된 광신호와 제2챔버에서 측정된 광신호를 이용하여 공기 중의 노이즈 신호를 측정하는 노이즈신호측정단계(SA7); 및 상기 노이즈신호측정단계에서 측정된 노이즈 감소를 상기 제1챔버에서 측정된 측정값에 보정하는 노이즈신호보정단계(SA8);을 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정방법을 제공한다.
상기 노이즈신호측정단계에서 측정되는 노이즈를 만드는 대기 중에 포함된 물질들의 종류는 많이 있으나, 적외선 영역에서 가장 큰 영향을 주는 신호는 일반적으로 잘 알려진 것이 수분과 이산화탄소의 농도이다.
따라서, 상기의 측정방법을 이용하면, 공기 중의 수분과 이산화탄소에 의한 블랙카본의 측정 영향을 감소시킬 수 있었다.
<실시 예2>
본 발명의 또 다른 실시 예는 상기 제4 챔버에 외부 공기가 자유롭게 드나들 수 있는 외기측정구를 구비한 것이다.
상기 실시 예 1의 측정방법과 동일하나.광원의 세기를 측정하여 보정하지 않고, 광원에 인가되는 전압을 모니터링하고 측정순간에 상기 주광원에 가해지는 전력의 크기로 제1챔버 내지 제4챔버의 신호의 크기를 보정한다.
또한, 블랙카본이 제거된 외부공기를 측정하는 제2챔버의 측정값을 블랙카본 농도 0의 기준으로 잡고, 블랙카본을 필터링하여 측정된 제1챔버의 측정값을 필터링한 시간으로 나부어 블랙카본 농도를 계산하는 계산된 블랙카본농도값과 제4챔버에서 측정된 신호 값을 비교해보는 블랙카본 농도 교정방법을 제공한다.
또한, 깨끗하고 수분이 없는 제3챔버에서 측정된 측정값과, 블랙카본이 제거된 제2챔버에서 측정된 측정 값의 차이를 이용하여 최총 블랙카본 농도를 결정하는 방법을 제공한다.
<실시 예3>
본 발명의 실시예 3은 2개의 광원을 이용하는 것으로 하나의 광원은 블랙카본을 측정하기 위한 880nm의 주광원을 이용하여, 추가적인 광원은 이산화탄소 또는 수분의 큰 흡광도를 나타내는 광원을 사용한다. 이산화탄소 측정을 위해서는 4260nm의 파장을 발생하는 광원을 사용할 수 있으며, 대기 중의 수분이 블랙카본 측정에 주는 영향을 측정하기 위해서는 1450nm의 파장을 발생하는 광원을 사용할 수 있다.
블랙카본 측정에 사용되는 880nm의 파장은 수분과 이산화탄소의 영향을 적게받는 파장을 선정한 것이지만 수분과 이산화탄소의 농도가 높아지면 그 영향을 무시할 수 없기 때문에 다중광을 이용한 보정방법을 사용할 수 있다.
즉, 실시예1과 같이 측정하고, 광원을 주광원(100)에서 보조광원(110)으로 바꿔 광을 조사하고, 제2챔버 내지 제4챔버의 광신호를 측정하여 제4챔버의 신호로 광의 세기를 보정하고, 제3챔버의 신호로 측정베이스를 잡고, 제2챔버의 신호로 광의 종류에 따라 이산화탄소의 농도 또는 수분의 측정 영향을 측정할 수 있다.
<실시 예4>
본 발명의 실시예 4는 상기 실시예 1 내지 3과 차이가 있다.
우선 구조적으로 카본블랙을 제거한 외부공기가 제3챔버까지 도달하고, 제3 챔버에는 평면히터와 온도센서가 있어 외부공기를 가열하는 점에 차이가 있다.
이는 제3챔버에서 가열에 의하여 블랙카본이 제거되고 가열되지 않아 제3챔버보다 상대습도가 높은 제2챔버의 측정값과 가열에 의하여 상대습도가 낮아진 제3챔버의 측정값을 비교하여 측정값의 차이 정도에 따라 외기에 포함된 습도의 양을 예측하여 이를 제1챔버에서 측정된 블랙카본의 측정농도에 대기중의 수분이 미치는 영향을 보정하기 위함이다.
이러한 보정은 습공기선도를 이용하여 보정할 수도 있고, 실험에 의하여 공기중의 수분의 포화도를 조절하여 실험한 데이터를 이용하여 보정할 수도 있음은 물론이다.
상기와 같은 실시예의 의하여 개발된 발명은 하기와 같다.
블랙카본 측정장치(500);에 있어서, 장치 상단에 구비되는 주광원(100); 및
상기 주광원(100)의 빛을 하단에 구비된 제1챔버(400), 제2챔버(410), 제3챔버(420) 및 제4챔버(430)에 전달하는 광확산부(700); 및 외부의 공기를 유입하는 외기유입구(200); 및 상기 유입된 공기가 배출되는 외기배출구(210); 및 상기 외기유입구(200)로 유입된 공기 중의 블랙카본을 필터링하는 필터(300); 및 상기 필터를 통과한 공기가 순환하여 배출되는 상기 제1챔버(400) 및 제2챔버(410); 및 상기 주광원(100)에서 발생한 빛이 상기 제1챔버 내지 제4챔버를 통과하여 하단에서 통과된 빛의 세기를 측정하는 제1감지센서(600), 제2감지센서(610), 제3감지센서(620) 및 제4감지센서(630)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정장치를 제공한다.
또한, 제1항에 있어서, 상기 제4챔버의 측면에 외부의 공기가 필터 없이 유입되어 상기 주광원(100)에서 발생한 빛이 통과하여 상기 제4감지센서(630)에서 측정될 수 있도록 외기측정구(220)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정장치를 제공한다.
또한, 제1항에 있어서, 상기 주광원(100)과 인접하여 상기 주광원(100)과 다른 주파수의 광을 발생하는 보조광원(110)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 블랙카본 측정장치(500);에 있어서, 장치 상단에 구비되는 주광원(100); 및 상기 주광원(100)의 빛을 하단에 구비된 제1챔버(400), 제2챔버(410), 제3챔버(420) 및 제4챔버(430)에 전달하는 광확산부(700); 및 외부의 공기를 유입하는 외기유입구(200); 및 상기 유입된 공기가 배출되는 외기배출구(210); 및 상기 외기유입구(200)로 유입된 공기 중의 블랙카본을 필터링하는 필터(300); 및 상기 필터를 통과한 공기가 순환하여 배출되는 상기 제1챔버(400), 제2챔버(410) 및 제3챔버(420); 및 상기 제3챔버의 상기 외기유입관측면에 구비되는 평면히터(710) 및 상기 제3챔버의 온도를 측정하는 온도센서(720); 및 상기 주광원(100)에서 발생한 빛이 상기 제1챔버 내지 제4챔버를 통과하여 하단에서 통과된 빛의 세기를 측정하는 제1감지센서(600), 제2감지센서(610), 제3감지센서(620) 및 제4감지센서(630)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정장치를 제공한다.
100 : 주광원 110 : 보조광원
200 : 외기유입구 210 : 외기배출구
220 : 외기측정구
300 : 블랙카본필터
400 : 제1챔버 410 : 제2챔버
420 : 제3챔버 430 : 제4챔버
500 : 블랙카본측정기
600 : 제1감지센서 610 : 제2감지센서
620 : 제3감지센서 630 : 제4감지센서
700 : 광확산부 710 : 평면히터
720 : 온도센서
200 : 외기유입구 210 : 외기배출구
220 : 외기측정구
300 : 블랙카본필터
400 : 제1챔버 410 : 제2챔버
420 : 제3챔버 430 : 제4챔버
500 : 블랙카본측정기
600 : 제1감지센서 610 : 제2감지센서
620 : 제3감지센서 630 : 제4감지센서
700 : 광확산부 710 : 평면히터
720 : 온도센서
Claims (4)
- 블랙카본 측정장치(500);에 있어서,
장치 상단에 구비되는 주광원(100); 및
상기 주광원(100)의 빛을 하단에 구비된 제1챔버(400), 제2챔버(410), 제3챔버(420) 및 제4챔버(430)에 전달하는 광확산부(700); 및
외부의 공기를 유입하는 외기유입구(200); 및 상기 유입된 공기가 배출되는 외기배출구(210); 및
상기 외기유입구(200)로 유입된 공기 중의 블랙카본을 필터링하는 필터(300); 및
상기 필터를 통과한 공기가 순환하여 배출되는 상기 제1챔버(400), 제2챔버(410) 및 제3챔버(420); 및
상기 제3챔버의 외기유입관측면에 구비되는 평면히터(710) 및 상기 제3챔버의 온도를 측정하는 온도센서(720); 및
상기 주광원(100)에서 발생한 빛이 상기 제1챔버 내지 제4챔버를 통과하여 하단에서 통과된 빛의 세기를 측정하는 제1감지센서(600), 제2감지센서(610), 제3감지센서(620) 및 제4감지센서(630)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정장치. - 삭제
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