KR102253468B1 - 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치 - Google Patents

블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치 Download PDF

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Abstract

블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치가 개시된다. 본 장치는 블랙 카본이 포함되지 않은 청정 공기를 공급하는 공기 공급부, 블랙 카본 수용액을 공급하는 블랙카본 수용액 공급부, 블랙카본 수용액 공급부로부터 블랙카본 수용액을 공급받고, 공급받은 블랙카본 수용액을 이용하여 블랙카본이 포함된 시험용 공기를 제조하는 입자 발생부, 공기 공급부로부터 청정 공기를 제공받고 입자 발생부로부터 시험용 공기를 제공받으며, 청정 공기와 시험용 공기가 혼합된 혼합 공기가 상부에서 하부로 이동하는 챔버, 챔버에 설치되어 성능 평가의 기준이 되는 기준 측정기기 및 성능 평가의 대상인 블랙카본 측정기기가 연결되는 복수의 시료 튜브, 챔버에 설치되어 혼합 공기의 유속을 측정하는 유속 측정부 및 챔버의 하부와 연결되어 챔버 내의 혼합 공기 중 기준 측정기기 및 블랙카본 측정기기로유입되지 않은 혼합 공기를 외부로 배출하는 배출부를 포함하고, 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치는 연결된 블랙카본 측정기기에서측정된 측정값과 기준 측정기기에서 측정된 측정값을 비교하여 블랙카본 측정기기에 대한 성능 평가 공정을 수행하고, 성능 평가 공정시 유속 측정부에서 측정된 유속값은 성능 평가 지표로 이용될 수 있다.

Description

블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치{APPARATUS FOR TESTING PERFORMANCE OF BLACK CARBON MEASURING DEVICE}
본 발명은 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치에 관한 것이다.
블랙카본(Black Carbon)은 석탄, 석유, 나무 등 탄소를 포함한 물질이 불완전 연소할 때 나오는 그을음으로, 1급 발암물질이다.
블랙카본은 크기가 지름 2.5㎛(마이크로미터) 이하의 초미세먼지로, 보통 자동차 매연이나 아궁이 등에서 나오는 검은 연기에 포함되어 있으며, 전체 초미세 먼지 양의 10~15% 가량을 차지한다.
이러한 블랙 카본은 장기간 흡입하면 폐 기능과 인지능력 저하를 유발할 수 있는데 경유차 등 생활 속에서 쉽게 접할 수 있어 위험성이 큰 것으로 알려져 있다.
뿐만 아니라, 블랙카본은 햇빛을 흡수해 적외선으로 전환시켜 대기 중으로 배출하는데, 이때 열을 함께 배출시키기 때문에 지구온난화에 영향을 미치고, 지구온난화에 영향을 미치는 정도는 이산화탄소가 40% 정도이고, 블랙카본은 두 번째로 높은 18% 정도인 것으로 알려져 있다.
이에 따라, 최근에는 블랙카본의 공기 또는 대기 중의 농도를 측정하기 위한 기기가 개발되고 있고, 그 중 하나로, 광산란 방식을 이용하여 공기 또는 대기 중의 블랙카본 농도를 측정하는 장치가 개발되어 사용되고 있다.
다만, 현재까지 블랙카본 측정기기의 성능을 평가하기 위한 방법은 아직까지 표준화된 규격이 없으며, 소비자는 제품회사 자체규정에 따라 제공된 평가결과에 의존할 뿐이다. 이에 따라, 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상술한 필요성에 따라 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치는 블랙 카본이 포함되지 않은 청정 공기를 공급하는 공기 공급부, 블랙 카본 수용액을 공급하는 블랙카본 수용액 공급부, 상기 블랙카본 수용액 공급부로부터 블랙카본 수용액을 공급받고, 상기 공급받은 블랙카본 수용액을 이용하여 블랙카본이 포함된 시험용 공기를 제조하는 입자 발생부, 상기 공기 공급부로부터 청정 공기를 제공받고 상기 입자 발생부로부터 시험용 공기를 제공받으며, 상기 청정 공기와 상기 시험용 공기가 혼합된 혼합 공기가 상부에서 하부로 이동하는 챔버, 상기 챔버에 설치되어 성능 평가의 기준이 되는 기준 측정기기 및 성능 평가의 대상인 블랙카본 측정기기가 연결되는 복수의 시료 튜브, 상기 챔버에 설치되어 상기 혼합 공기의 유속을 측정하는 유속 측정부 및 상기 챔버의 하부와 연결되어 상기 챔버 내의 상기 혼합 공기 중 상기 기준 측정기기 및 상기 블랙카본 측정기기로 유입되지 않은 혼합 공기를 외부로 배출하는 배출부를 포함하고, 상기 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치는 연결된 상기 블랙카본 측정기기에서측정된 측정값과 상기 기준 측정기기에서 측정된 측정값을 비교하여 상기 블랙카본 측정기기에 대한 성능 평가 공정을 수행하고, 상기 성능 평가 공정시 상기 유속 측정부에서 측정된 유속값은 성능 평가 지표로 이용될 수 있다.
그리고, 상기 공기 공급부는, 외부 대기로부터 공기를 제공받는 공기 공급원, 상기 공기 공급원으로부터 공기를 제공받고 필터를 이용하여 블랙 카본을 여과하여 상기 블랙 카본이 포함되지 않은 청정 공기를 생성하는 청정 공기 생성부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 블랙카본 수용액 공급부는, 블랙카본 수용액을 담고 있는 블랙카본 수용액 수용부, 상기 블랙카본 수용액 수용부의 배출양을 제어하여 블랙카본 수용액 수용부에 수용된 블랙카본 수용액을 상기 입자 발생부에 공급하도록 하는 블랙카본 수용액 공급 제어부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 챔버의 상부에는 상기 시험용 공기를 송출하는 블로어가 설치되고, 상기 공기 공급부로부터의 청정 공기를 상기 챔버에 전달하는 청정 공기 공급 튜브가 상기 블로어의 취출구 중심에 설치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 시료 튜브는 상기 기준 측정기기 및 상기 블랙카본 측정기기의 공기 흡입구 치수에 맞는 지름의 내면이 평활할 수 있다.
그리고, 상기 복수의 시료 튜브의 흡입구는 상기 챔버 하부의 중심에 근접시켜 설치되고, 상기 복수의 시료 튜브 각각은 서로 균등 간격으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 챔버에서 상기 유속 측정부는 상기 복수의 시료 튜브의 동일한 높이에 설치될 수 있다.
그리고, 상기 성능 평가 공정은, 상기 기준 측정기기에서 측정된 측정값과 상기 블랙카본 측정기기에서 측정된 측정값을 획득하는 단계, 상기 유속 측정부에서 측정된 챔버 내부의 혼합 공기의 유속값을 획득하는 단계, 상기 성능 평가시 기준이 되는 유속값과 상기 유속 측정부에서 측정된 유속값을 비교하여 시료 채취 정확성값을 산출하는 단계, 상기 블랙카본 측정 기기에서 측정된 측정값과 상기 기준 측정기기에서 측정된 측정값을 상기 산출된 시료 채취 정확성값을 기초로 보정하는 단계 및 상기 블랙카본 측정 기기에서 측정된 측정값의 보정값과 상기 기준 측정기기에서 측정된 측정값의 보정값을 기초로 성능 평가 대상인 상기 블랙카본 측정 기기에 대한 성능 평가를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 시료 채취 정확성값을 산출하는 단계는, 하기 수학식에 적용하여 산출되고,
[수학식]
Figure 112019103314613-pat00001
상기 수학식에서 Fr은 상기 유속 측정부에서 측정된 유속값, Fi는 기준 유속값일 수 있다.
종래에는 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치가 존재하지 않았기 때문에, 소비자는 제품회사 자체규정에 따라 제공된 평가결과에 의존할 수 밖에 없는 실정이었다.
다만, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 오차범위를 최소화한 표준화 평가를 위한 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명이 일 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치를 나타내는 블록도 이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치를 나타내는 P&ID 도면 이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기를 나타내는 블록도 이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 챔버의 하단부를 보다 상세히 나타내는 도면 이다.
도 5 내지 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 방법을 상세히 나타내는 흐름도 이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치를 나타내는 블록도 이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블록을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.
또한, 명세서 및 청구범위에서 "제1", "제2", "제3" 및 "제4" 등의 용어는, 만약 있는 경우, 유사한 구성요소 사이의 구분을 위해 사용되며, 반드시 그렇지는 않지만 특정 순차 또는 발생 순서를 기술하기 위해 사용된다. 그와 같이 사용되는 용어는 여기에 기술된 본 발명의 실시예가, 예컨대, 여기에 도시 또는 설명된 것이 아닌 다른 시퀀스로 동작할 수 있도록 적절한 환경하에서 호환 가능한 것이 이해될 것이다. 마찬가지로, 여기서 방법이 일련의 단계를 포함하는 것으로 기술되는 경우, 여기에 제시된 그러한 단계의 순서는 반드시 그러한 단계가 실행될 수 있는 순서인 것은 아니며, 임의의 기술된 단계는 생략될 수 있고/있거나 여기에 기술되지 않은 임의의 다른 단계가 그 방법에 부가 가능할 것이다.
또한 명세서 및 청구범위의 "왼쪽", "오른쪽", "앞", "뒤", "상부", "바닥", "위에", "아래에" 등의 용어는, 설명을 위해 사용되는 것이며, 반드시 불변의 상대적 위치를 기술하기 위한 것은 아니다. 그와 같이 사용되는 용어는 여기에 기술된 본 발명의 실시예가, 예컨대, 여기에 도시 또는 설명된 것이 아닌 다른 방향으로 동작할 수 있도록 적절한 환경하에서 호환 가능한 것이 이해될 것이다. 여기서 사용된 용어 "연결된"은 전기적 또는 비 전기적 방식으로 직접 또는 간접적으로 접속되는 것으로 정의된다. 여기서 서로 "인접하는" 것으로 기술된 대상은, 그 문구가 사용되는 문맥에 대해 적절하게, 서로 물리적으로 접촉하거나, 서로 근접하거나, 서로 동일한 일반적 범위 또는 영역에 있는 것일 수 있다. 여기서 "일실시예에서"라는 문구의 존재는 반드시 그런 것은 아니지만 동일한 실시예를 의미한다.
또한 명세서 및 청구범위에서 '연결된다', '연결하는', '체결된다', '체결하는', '결합된다', '결합하는' 등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 일 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치를 나타내는 블록도 이다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치를 나타내는 P&ID 도면 이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 공기 중에 존재하는 블랙카본의 농도를 측정하는 블랙카본 측정기의 성능을 평가하는 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)는 공기 공급부(100), 블랙카본 수용액 공급부(200), 입자 발생부(300), 챔버(400), 유속 측정부(450), 배출부(500)의 전부 또는 일부를 포함한다.
그리고, 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)에는 장치(1000)의 성능 평가 대상인 적어도 하나의 블랙카본 측정기기(700-1,..700-N : 700)가 연결될 수 있다. 여기서, 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)에 연결된 블랙카본 측정기기(700)는 공기 중에 존재하는 블랙카본의 농도를 산란되는 광량 및/또는 횟수를 이용하여 블랙카본의 농도를 측정하는 광산란식 블랙카본 측정기기일 수 있다.
그리고, 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)에는 블랙카본 측정기기(700)의 성능 평가를 위한 기준이 되는 기준 측정기기(600)가 연결될 수 있다.
이러한, 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)는 장치(1000)에 연결된 블랙카본 측정기기(700)의 성능 평가를 위한 공정을 수행할 수 있다. 만약, 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)에 복수의 블랙카본 측정기기(700)가 연결된 경우, 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)는 연결된 복수의 블랙카본 측정기기(700)에 대하여 동시에 성능 평가를 위한 공정을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)를 상세히 설명하기 전에 본 명세서에서 사용되는 용어를 정의하면 다음과 같다.
* 청정공기 : 블랙카본을 필터링하는 필터를 이용하여 블랙카본을 여과한 공기를 의미한다.
* 시험용 공기 : 블랙카본 측정기기의 판별성능을 시험하기 위해서 사용하는 공기로서 건조된 청정공기 중에 블랙카본 입자를 부유시킨 것을 의미한다.
* 블랙카본 측정기기 : 성능 평가의 대상이 되는 기기로, 공기를 흡인하여 블랙카본의 농도를 측정해서 공기 중의 블랙카본의 농도를 질량농도로 환산하여 결과값을 기록하는 기기를 의미한다.
* 기준 측정기기 : 성능 평가의 기준이 되는 기기로, 블랙카본 측정기기와 동일하게 공기를 흡인하여 블랙카본의 농도를 측정해서 공기 중의 블랙카본의 농도를 질량농도로 환산하여 결과값을 기록한다. 여기서, 기준 측정기기의 측정 결과값은 블랙카본 측정기기에서 측정된 결과값과 상대 비교되고, 비교에 따라 블랙카본 측정기기의 측정 정확성을 판단하는데 이용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)의 공기 공급부(100)는 공기의 압력을 조절한 후 입자 발생부(300) 및 챔버(400)로 공급할 수 있다. 여기서, 공기 공급부(100)는 외부 대기 등으로부터 공기를 제공받는 공기 공급원(미도시), 상기 공기 공급원으로부터 공기를 제공받아 테플론 기반의 유리섬유 필터 등을 이용하여 블랙 카본을 여과하여 블랙 카본 입자가 포함되지 않은 청정 공기를 생성하는 청정공기 생성부(미도시)를 포함할 수 있다.
이러한 공기 공급부(100)는 청정공기 생성부(미도시)에서 생성된 청정 공기의 압력을 조절한 후 입자 발생부(300) 및 챔버(400)로 공급할 수 있다. 특히, 공기 공급부(100)는 챔버(400) 상부와 연결되어 챔버(400)로 청정 공기를 공급할 수 있다.
블랙카본 수용액 공급부(200)는 블랙 카본 입자를 내포하고 있는 블랙 카본 수용액을 입자 발생기(300)에 공급할 수 있다. 여기서, 블랙카본 수용액 공급부(200)는 블랙카본 수용액을 담고 있는 블랙카본 수용액 수용부(210)를 포함할 수 있다.
그리고, 블랙카본 수용액 공급부(200)는 블랙카본 수용액 수용부(210)의 배출양을 제어하여 블랙카본 수용액 수용부(210)에 수용된 블랙카본 수용액을 입자 발생부(300)에 공급하도록 하는 블랙카본 수용액 공급 제어부(220)를 포함할 수 있다. 이 경우, 블랙카본 수용액 공급 제어부(220)는 기 설정된 시간당 공급양에 따라 블랙카본 수용액 수용부(210)에 수용된 블랙카본 수용액을 입자 발생부(300)에 공급하도록 블랙카본 수용액 수용부(210)를 제어할 수 있다.
입자 발생부(300)는 블랙카본 수용액 공급부(200)에서 제공받은 블랙카본 수용액을 이용하여 블랙카본 입자를 부유시킨 시험용 공기를 제조할 수 있다. 그리고, 입자 발생부(300)는 챔버(400)의 상부와 연결되어 제조된 시험용 공기를 챔버(400)로 공급할 수 있다.
여기서, 입자 발생부(300)는 공기공급계(미도시), 분무계(미도시), 건조 희석계(미도시)로 구성될 수 있다.
구체적으로, 입자 발생부(300)의 공기공급계는 공기 공급부(100)로부터 청정 공기를 제공받아 분무계, 건조희석계로 공기를 공급할 수 있다. 그리고, 입자 발생부(300)의 분무계는 블랙카본 수용액 공급부(200)에서 제공받은 블랙카본 수용액을 분무기를 이용하여 분무할 수 있다. 그리고, 입자 발생부(300)의 건조 희석계는 공기 공급원으로부터 기체를 분무 계통과 다른 경로로 냉온건조기, 건조관, 필터유량계, 필터 순으로 에어로졸 혼합관에 공급하고 분무기에서 분무시킨 미립자를 건조시킬 수 있다.
이에 따라, 블랙카본 입자를 부유시킨 시험용 공기를 제조할 수 있다.
한편, 챔버(400)는 일정한 압력, 온도, 습도 등을 유지하기 위한 성능을 갖춘 표준화된 시험실로 밀폐된 공간을 의미 한다.
이러한 챔버(400)의 일 단에는 블랙카본 입자를 부유시킨 시험용 공기를 송출하는 블로어가 설치될 수 있고, 공기 공급부(100)로부터의 청정 공기를 챔버(400)에 전달하는 청정 공기 공급 튜브가 블로어의 취출구 중심에 설치될 수 있다. 이에 따라, 챔버(400)는 공기 공급부(100)로부터 청정 공기를 제공받고, 입자 발생부(300)로부터 블랙카본 입자를 부유시킨 시험용 공기를 제공받으며, 챔버(400) 내에서 청정공기가 블로어의 시험용 공기와 혼합될 수 있다. 여기서, 챔버(400)의 일 단은 챔버의 상부일 수 있다. 여기서, 블로어는 개방 유량이 매분 약 1 ~ 5 m3, 폐지정압이 최저 50 Pa 인 것으로서 유량 조절용 댐퍼를 구비할 수 있다.
챔버(400) 내부에서 생성된 혼합 공기는 챔버(400)의 상단에서 챔버(400)의 하단으로 이동할 수 있다.
또한, 챔버(400)의 타 단에는 기준 측정기기(600) 및 블랙카본 측정기기(700)의 연결을 위한 복수의 시료 튜브가 설치될 수 있다. 여기서, 복수의 시료 튜브는 기준 측정기기(600) 및 블랙카본 측정기기(700)의 공기 흡입구 치수에 맞는 지름의 내면이 평활한 것으로 하고 튜브의 길이는 1 m 를 이내로, 흡입구를 포함한 일부는 챔버(400) 내부에 위치하고, 나머지 일부는 챔버(400) 외부에 위치할 수 있다.
그리고, 복수의 시료 튜브 각각의 흡입구의 단면적은 서로 동일할 수 있다. 그리고, 시료 튜브의 재료는 금속, 유리 또는 대전성이 없고 가소재가 발산되지 않는 합성수지제의 튜브일 수 있다. 그리고 시료 튜브의 흡입구는 챔버(400)의 중심에 근접시켜 설치되고, 복수의 시료 튜브를 구성하는 각각의 배치는 균등하되 서로 가깝게 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기 성능 평가 장치(1000)는 챔버(400) 내부의 혼합 공기의 유속을 측정하는 유속 측정부(450)를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 유속 측정부(450)는 튜브 형상으로 구현되어, 유속 측정 기능을 구비한 부분은 챔버(400) 내부에 위치하고, 나머지 일부는 챔버(400) 외부에 위치할 수 있다. 그리고, 챔버(400)의 내부에 위치한 유속 측정 기능을 구비한 부분은 챔버(400)의 상단에서 챔버(400)의 하단으로 이동하는 블랙 카본 혼합 공기의 유속을 측정할 수 있다.
유속 측정부(450)에서 측정된 혼합 공기의 유속값은 블랙카본 측정기기(700)의 성능 평가시, 성능 평가 지표로 이용되거나 또는 실험 환경의 설정을 위한 값으로 이용될 수 있다.
일 예로, 블랙카본 측정기기(700)의 성능 평가시 기준이 되는 유속값과 유속 측정부(450)에서 측정된 유속값을 비교하고, 블랙카본 측정 기기(700)와 기준 측정기기(600)에서 측정된 블랙 카본 농도값을 비교에 따른 양자의 차이값을 기초로 보정하며, 보정된 블랙카본 농도값을 기초로 성능 평가 대상인 블랙카본 측정 기기(700)에 대한 성능 평가를 수행할 수 있다.
다른 예로, 블랙카본 측정기기(700)의 성능 평가시 기준이 되는 유속값과 유속 측정부(450)에서 측정된 유속값을 비교하고, 비교에 따른 양자의 차이값을 기초로 챔버(400) 내부의 블로어 등을 제어하여 혼합 공기의 유속을 조절할 수 있다.
이러한 유속 측정부(450)는 챔버(400) 내에서 복수의 시료 튜브의 흡입구와 동일한 높이에 설치될 수 있다. 그리고, 유속 측정부(450)는 챔버(400) 하부의 중심에서 시료 튜브에 근접한 위치에 설치될 수 있다.
한편, 배출부(500)는 챔버(400)의 하부와 연결되어 챔버(400) 내로 유입된 유체를 외부로 배출시킬 수 있다.
구체적으로, 챔버(400)에 유입된 청정 공기, 블랙카본 입자를 포함하는 시험용 공기가 혼합된 혼합 공기의 일부는 챔버(400) 하부로 이동하여 배출부(500)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 여기서, 배출부(500)에는 혼합 공기에 포함된 블랙 카본을 필터링하기 위한 필터(510)가 설치될 수 있고, 배출부(500)는 블랙 카본을 여관한 공기를 외부로 배출할 수 있다.
이 과정에서, 챔버(400)에 유입된 청정 공기, 블랙카본 입자를 포함하는 시험용 공기가 혼합된 혼합 공기의 다른 일부는 챔버(400)의 내부 중앙에 설치된 시료 튜브를 통하여 기준 측정기기(600) 및 성능 평가 대상인 블랙카본 측정기기(700)로 이동할 수 있다.
이와 같이, 챔버(400)의 혼합 공기 중 일부는 챔버(400)의 내부 중앙에 설치된 시료 튜브를 통하여 기준 측정기기(600)로 이동할 수 있다. 기준 측정기기(600)는 챔버(400) 내부의 시료 튜브를 통해 수집된 혼합 공기로부터 블랙카본의 농도를 측정해서 혼합 공기 중의 블랙카본의 농도를 질량농도로 환산하여 결과값을 기록할 수 있다.
또한, 챔버(400)의 혼합 공기 중 일부는 챔버(400)의 내부 중앙에 설치된 시료 튜브를 통하여 블랙카본 측정기기(700)로 이동할 수 있다. 블랙카본 측정기기(700)는 챔버(400) 내부의 시료 튜브를 통해 수집된 혼합 공기로부터 블랙카본의 농도를 측정해서 혼합 공기 중의 블랙카본의 농도를 질량농도로 환산하여 결과값을 기록할 수 있다.
이 경우, 기준 측정기기(600)의 측정 결과값은 블랙카본 측정기기(700)에서 측정된 결과값의 정확성을 판단하는 기준으로 이용될 수 있다. 즉, 기준 측정기기(600)의 측정 결과값과 블랙카본 측정기기(700)에서 측정된 결과값을 비교하고, 양 결과값의 차이에 따라 블랙카본 측정기기(700)의 성능이 평가될 수 있다.
한편, 상술한 기준 측정기기(600) 및 블랙카본 측정 기기(700)는 산란되는 광량과 횟수를 이용하여 블랙카본의 농도를 측정하는 광산란식 블랙카본 측정기기일 수 있다. 이러한 광산란식 블랙카본 측정기기에 대해서는 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 광산란식 블랙카본 측정기기는 광원부(10), 광 가이드부(20), 필터부(30), 광 검출부(40), 프로세서(50)를 포함할 수 있다.
광원부(10)은 광을 방출하고, 광가이드부(20)는 내부를 통과하여 형성되는 복수의 광로를 통하여 광원부(10)에서 방출된 광을 가이드시킬 수 있다. 그리고, 광 검출부(40)는 광가이드부(20)를 통과하는 광을 검출할 수 있다. 그리고, 프로세서(50)는 광 검출부(40)에서 검출된 광의 검출 데이터로부터 블랙카본의 농도를 계산할 수 있다.
한편, 광 가이드부(20)에는 블랙 카본을 필터링하는 필터가 설치될 수 있고, 필터는 테플론 기반의 유리섬유 필터일 수 있다. 이러한 필터는 블랙카본에 의해 오염되므로 올바른 측정을 위해 측정 회수에 따라 교체될 수 있도록 구현될 수 있다.
이 경우, 블랙카본 측정기기에 블랙카본이 포함된 공기가 인입되면, 필터부(30)에 블랙카본이 걸러질 수 있다. 따라서, 블랙카본 입자에 광을 조사하였을 때, 블랙카본이 걸러진 필터부(30)를 통과한 광과 블랙카본이 없는 부위를 통과한 광의 감쇄도에 차이가 발생할 수 있다. 이에 따라, 광 검출부(40)에서 검출된 광의 세기도 달라질 수 있다.
이 경우, 프로세서(50)는 블랙카본이 포함된 공기가 필터부(30)에 걸려져 필터 상에 블랙카본이 쌓이게 되면, 광원부(10)을 통해 일정 파장의 빛을 조사하여 블랙카본을 통과할 때 감쇄되는 빛의 세기를 이용하여 공기 중 블랙카본의 양을 실시간으로 연속적으로 판단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 챔버의 하부를 보다 상세히 나타내는 도면 이다. 도 4를 참조하면, 챔버(400)의 하부에는 유속 측정부(450)와 복수의 시료 튜브(410-1,..410-N : 410)가 설치될 수 있다.
유속 측정부(450)는 챔버(400) 상단에서 하단으로 이동하는 블랙카본이 포함된 공기의 유속을 측정할 수 있다. 이러한 유속 측정부(450)는 튜브 형상으로 구현되어, 유속 측정 기능을 구비한 부분은 챔버(400) 내부에 위치하고, 나머지 일부는 챔버(400) 외부에 위치할 수 있다.
그리고, 복수의 시료 튜브(410)에는 블랙카본 측정기기(700) 및 기준 측정기기(600)가 연결될 수 있고, 복수의 시료 튜브(410)는 챔버(400) 상단에서 하단으로 이동하는 블랙카본이 포함된 공기를 수집하고, 수집된 공기를 블랙카본 측정기기(700) 및 기준 측정기기(600)로 전달할 수 있다. 이러한 복수의 시료 튜브(410)에서 흡입구를 포함한 일부는 챔버(400) 내부에 위치하고, 블랙카본 측정기기(700) 및 기준 측정기기(600)와 연결되는 나머지 일부는 챔버(400) 외부에 위치할 수 있다.
이러한 유속 측정부(450)와 시료 튜브(410)는 챔버(400) 내부의 하부에 설치될 수 있고, 유속 측정부(450)와 시료 튜브(410)는 챔버(400) 내에서 동일한 높이에 설치될 수 있다. 그리고, 유속 측정부(450)는 챔버(400) 하부의 중심에서 시료 튜브(410)에 근접한 위치에 설치될 수 있다.
또한, 복수의 시료 튜브(410) 각각의 흡입구의 단면적은 서로 동일할 수 있고, 복수의 시료 튜브(410)의 흡입구는 챔버(400)의 중심에 위치하도록 설치될 수 있으며, 복수의 시료 튜브(410) 각각은 서로 동일 거리 이격되도록 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)는 기준 측정기기(600)와 블랙카본 측정 기기(700) 각각에서 측정된 블랙카본 농도값을 기초로 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)에 연결된 블랙카본 측정 기기(700) 의 성능을 평가할 수 있다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5 내지 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 방법을 상세히 나타내는 흐름도 이다. 도 5 내지 6을 참조하면, 먼저, 복수의 시료 튜브(410) 중 하나에 기준 측정기기(600)를 연결할 수 있다(S110). 이 경우, 복수의 시료 튜브(410) 중 기준 측정기기(600)를 연결을 위한 시료 튜브를 제외하고 나머지 시료 튜브는 챔버(400)에서 떼어낼 수 있다.
이 후 , 챔버(400)로 청정 공기를 공급할 수 있다(S120). 이 때, 챔버의 블로어는 운전하지 않고 청정 공기량이 기준 측정기기(600)의 흡입량보다 많도록 유지할 수 있다.
이 후 , 기준 측정기기(600)의 계수치가 소정 값(예를 들어, 0 또는 이에 근접한 숫자)에서 변동없이 유지될 때까지 챔버(400) 내를 충분한 시간 청정하게 유지할 수 있다(S130).
이 후, 복수의 시료 튜브(410) 중 블랙카본 측정기기(700)를 연결을 위한 시료 튜브를 챔버(400)에 설치하고, 블랙카본 측정기기(700)를 연결할 수 있다(S140).
이 후, 블로어를 동작시켜 블랙카본 포함된 시험 공기를 챔버(400) 내로 유입시킬 수 있다(S150).
이 후, 기준 측정기기(600)의 계수치 변화폭이 소정 값(예를 들어 5 %) 이내가 될 때까지 유지하는 안정화 단계를 수행할 수 있다(S160).
이 후, 기준 측정기기(600)에서 측정된 측정값과 블랙카본 측정기기(700)에서 측정된 측정값을 비교하여 블랙카본 측정기기(700)에 대한 성능 평가를 단계를 수행할 수 있다(S170).
여기서, 성능 평가 단계(S170)는 영점 편차를 산출하는 단계(S210)를 포함할 수 있다. 여기서, 영점 편차를 산출하는 단계(S210)는 기준 측정기기(600)와 성능 평가 대상인 블랙카본 측정기기(700)를 연결한 상태로, 챔버(400) 내에 청정 공기를 도입하여 측정값을 소정횟수 이상 기록하고, 이를 다음의 수학식 1에 적용시켜 영점 편차를 산출할 수 있다. 이러한 영점 편차 산출 단계를 성능 평가 공정의 수행 전에 미리 수행되어 산출되어 저장될 수 있다.
Figure 112019103314613-pat00002
여기서
Figure 112019103314613-pat00003
는 영점편차를 의미하고, Cnth 는 챔버(400) 내에 청정 공기를 도입하여 측정한 값의 합산을 의미하며, n은 측정횟수를 의미한다.
한편, 성능 평가 단계(S170)는 기준 측정기기(600)에서 측정된 측정값과 블랙카본 측정기기(700)에서 측정된 측정값을 획득하는 단계(S220)를 포함할 수 있다. 여기서, 기준 측정기기(600)에서 측정된 측정값과 블랙카본 측정기기(700)에서 측정된 측정값는 블랙 카본 농도값일 수 있다.
그리고, 성능 평가 단계(S170)는 유속 측정부(450)에서 측정된 챔버(400) 내부의 혼합 공기의 유속값을 획득하는 단계(S230)를 포함할 수 있다.
그리고, 성능 평가 단계(S170)는 성능 평가시 기준이 되는 유속값과 유속 측정부(450)에서 측정된 유속값을 비교하여 시료 채취 정확성값을 산출할 수 있다(S240). 여기서, 시료 채취 정확성값을 산출하는 단계는 아래 수학식 2에 적용하여 해당 값을 산출할 수 있다.
Figure 112019103314613-pat00004
여기서, Fr은 유속 측정부(450)에서 측정된 유속값을 의미하고, Fi는 기준 유속값을 의미할 수 있다.
그리고, 성능 평가 단계(S170)는 블랙카본 측정 기기(700)에서 측정된 측정값과 기준 측정기기(600)에서 측정된 측정값을 상기 산출된 시료 채취 정확성값을 기초로 보정할 수 있다(S250).
그리고, 성능 평가 단계(S170)는 블랙카본 측정 기기(700)에서 측정된 측정값의 보정값과 기준 측정기기(600)에서 측정된 측정값의 보정값을 기초로 성능 평가 대상인 블랙카본 측정 기기(700)에 대한 성능 평가를 수행할 수 있다(S260). 구체적으로, 기준 측정기기(600)에서 측정된 블랙 카본 농도값의 보정값과 블랙카본 측정 기기(700)에서 측정된 블랙 카본 농도값의 보정값의 차이를 기초로 성능 평가 대상인 블랙카본 측정 기기(700)의 성능을 평가할 수 있다.
한편, 도 7에 따른 본 발명의 일 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 방법은 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있고, 본 발명에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)는 해당 프로그램을 이용하여 블랙카본 측정기기의 성능 평가 방법을 자동으로 수행할 수 있다. 이에 대해서는 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치를 나타내는 블록도 이다. 도 7을 참조하면, 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치는 프로세서(800), 메모리(900) 및 표시부(950)를 더 포함할 수 있다.
메모리(900)는 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치(1000)의 동작을 위한 각종 프로그램이 저장될 수 있고, 일 예로, 도 7에 따른 본 발명의 일 실시 예에 따른 블랙카본 측정기기의 성능 평가 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 저장할 수 있다.
여기서 메모리(900)는 RAM(Random Access Memory), 플레시메모리, ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electronically Erasable and Programmable ROM), 레지스터, 하드디스크, 리무버블 디스크, 메모리 카드, USIM(Universal Subscriber Identity Module)등과 같은 내장된 형태의 저장소자는 물론, USB 메모리 등과 같은 착탈가능한 형태의 저장소자로 구현될 수도 있다.
프로세서(700)는 기준 측정 기기(600) 및 블랙카본 측정기기(700)의 영점 편차를 상기 수학식 1를 기초로 산출하여 메모리(800)저장할 수 있다. 그리고, 프로세서(700)는 기준 측정기기(600)에서 측정된 측정값과 블랙카본 측정기기(700)에서 측정된 측정값을 획득하고, 유속 측정부(450)에서 측정된 챔버(400) 내부의 혼합 공기의 유속값을 획득하여 메모리(800)에 저장할 수 있다.
그리고, 프로세서(700)는 성능 평가시 기준이 되는 유속값과 유속 측정부(450)에서 측정된 유속값을 비교하여 시료 채취 정확성을 상기 수학식 2를 기초로 산출하여 메모리(800)에 저장할 수 있다.
그리고, 프로세서(700)는 블랙카본 측정 기기(700)와 기준 측정기기(600)에서 측정된 블랙 카본 농도값을 비교에 따른 산출된 정확성값을 기초로 보정하고, 보정된 블랙카본 농도값을 기초로 성능 평가 대상인 블랙카본 측정 기기(700)에 대한 성능 평가를 수행할 수 있다(S260). 구체적으로, 프로세서(700)는 측정기기(600)에서 측정된 블랙 카본 농도값의 보정값과 블랙카본 측정 기기(700)에서 측정된 블랙 카본 농도값의 보정값의 차이를 기초로 성능 평가 대상인 블랙카본 측정 기기(700)의 성능을 평가할 수 있다.
한편, 표시부(950)는 프로세서(700)에서 수행된 성능을 평가의 결과를 화면에 표시할 수 있다.
이러한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 오차범위를 최소화한 표준화 평가를 위한 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치를 제공할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 명세서를 통해 개시된 모든 실시예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 공기 공급부 200 : 블랙카본 수용액 공급부
300 : 입자 발생부 400 : 챔버
450 : 유속 측정부 500 : 배출부
600 : 기준 측정기기 700 : 블랙카본 측정기기
800 : 프로세서 900: 메모리
950 : 표시부

Claims (9)

  1. 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치에 있어서,
    블랙 카본이 포함되지 않은 청정 공기를 공급하는 공기 공급부;
    블랙 카본 수용액을 공급하는 블랙카본 수용액 공급부;
    상기 블랙카본 수용액 공급부로부터 블랙카본 수용액을 공급받고, 상기 공급받은 블랙카본 수용액을 이용하여 블랙카본이 포함된 시험용 공기를 제조하는 입자 발생부;
    상기 공기 공급부로부터 청정 공기를 제공받고 상기 입자 발생부로부터 시험용 공기를 제공받으며, 상기 청정 공기와 상기 시험용 공기가 혼합된 혼합 공기가 상부에서 하부로 이동하는 챔버;
    상기 챔버에 설치되어 성능 평가의 기준이 되는 기준 측정기기 및 성능 평가의 대상인 블랙카본 측정기기가 연결되는 복수의 시료 튜브;
    상기 챔버에 설치되어 상기 혼합 공기의 유속을 측정하는 유속 측정부;
    상기 챔버의 하부와 연결되어 상기 챔버 내의 상기 혼합 공기 중 상기 기준 측정기기 및 상기 블랙카본 측정기기로 유입되지 않은 혼합 공기를 외부로 배출하는 배출부; 및
    상기 블랙카본 측정기기에서 측정된 측정값과 상기 기준 측정기기에서 측정된 측정값을 비교하여 상기 블랙카본 측정기기에 대한 성능 평가 공정을 수행하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 성능 평가 공정은,
    상기 기준 측정기기에서 측정된 측정값과 상기 블랙카본 측정기기에서 측정된 측정값을 획득하는 단계;
    상기 유속 측정부에서 측정된 챔버 내부의 혼합 공기의 유속값을 획득하는 단계;
    상기 성능 평가 시 기준이 되는 유속값과 상기 유속 측정부에서 측정된 유속값을 비교하여 시료 채취 정확성값을 산출하는 단계;
    상기 블랙카본 측정 기기에서 측정된 측정값과 상기 기준 측정기기에서 측정된 측정값을 상기 산출된 시료 채취 정확성값을 기초로 보정하는 단계; 및
    상기 블랙카본 측정 기기에서 측정된 측정값의 보정값과 상기 기준 측정기기에서 측정된 측정값의 보정값을 기초로 성능 평가 대상인 상기 블랙카본 측정 기기에 대한 성능 평가를 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 성능 평가 공정시 상기 유속 측정부에서 측정된 유속값은 성능 평가 지표로 이용되는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 공급부는,
    외부 대기로부터 공기를 제공받는 공기 공급원;
    상기 공기 공급원으로부터 공기를 제공받고 필터를 이용하여 블랙 카본을 여과하여 상기 블랙 카본이 포함되지 않은 청정 공기를 생성하는 청정 공기 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 블랙카본 수용액 공급부는,
    블랙카본 수용액을 담고 있는 블랙카본 수용액 수용부;
    상기 블랙카본 수용액 수용부의 배출양을 제어하여 블랙카본 수용액 수용부에 수용된 블랙카본 수용액을 상기 입자 발생부에 공급하도록 하는 블랙카본 수용액 공급 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 상부에는 상기 시험용 공기를 송출하는 블로어가 설치되고, 상기 공기 공급부로부터의 청정 공기를 상기 챔버에 전달하는 청정 공기 공급 튜브가 상기 블로어의 취출구 중심에 설치되는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 시료 튜브는 상기 기준 측정기기 및 상기 블랙카본 측정기기의 공기 흡입구 치수에 맞는 지름의 내면이 평활한 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 시료 튜브의 흡입구는 상기 챔버 하부의 중심에 근접시켜 설치되고, 상기 복수의 시료 튜브 각각은 서로 균등 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 챔버에서 상기 유속 측정부는 상기 복수의 시료 튜브의 동일한 높이에 설치되는 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시료 채취 정확성값을 산출하는 단계는,
    하기 수학식에 적용하여 산출되고,
    [수학식]
    Figure 112021000298646-pat00005

    상기 수학식에서 Fr은 상기 유속 측정부에서 측정된 유속값, Fi는 기준 유속값인 것을 특징으로 하는 블랙카본 측정기기의 성능 평가 장치.


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