KR102253762B1 - 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템 및 포집 장치 - Google Patents

차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템 및 포집 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템 및 포집 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템은, 차량에 장착되고, 상기 차량이 이동함에 따라 내부로 공기가 유입되며, 유입된 공기에 포함된 미세먼지에 대한 농도를 측정하는 포집 장치; 상기 포집 장치와 통신하여 상기 포집 장치에서 측정된 미세먼지에 대한 농도를 수신하는 이동 단말기; 및 상기 포집 장치에서 측정된 미세먼지에 대한 농도를 이용하여 미세먼지에 대한 농도를 분석을 수행하는 서버를 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면, 차량에 설치하여 차량이 이동하면서 미세먼지를 측정할 수 있으므로, 미세먼지 측정 장치가 설치되지 않은 지역에 대해서도 미세먼지를 측정할 수 있어 적은 비용으로 넓은 지역에 대해 미세먼지를 측정할 수 있다.

Description

차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템 및 포집 장치{PARTICULATE MATTER MONITORING SYSTEM AND CAPTURING DEVICE OF AIR USING VEHICLE}
본 발명은 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템 및 포집 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량이 이동하면서 대기의 미세먼지를 모니터링하고, 또한, 차량이 이동하는 동안 대기의 미세먼지를 포집하여 제거할 수 있는 대기의 미세먼지 모니터링 장치 및 포집 장치에 관한 것이다.
미세먼지(PM, particulate matter)는 아황산가스, 질소 산화물, 납, 오존, 일산화탄소 등과 함께 수많은 대기오염물질을 포함하는 대기오염 물질로 자동차, 공장 등에서 발생하여 대기 중 장기간 떠다니는 입경 10㎛ 이하의 미세한 먼지를 말한다. 특히, 미세 먼지의 입자가 2.5㎛ 이하인 경우는 PM2.5라 표기하고 별도로 초미세먼지로 분류한다. 초미세먼지는, 머리카락의 약 1/20 정도의 크기에 불과할 정도로 매우 작다.
우리나라의 경우, 환경부에서 1995년부터 10㎛(PM 10) 크기의 미세먼지를 새로운 대기오염물질로 규제하고 있으며, 2015년부터 2.5㎛(PM 2.5) 크기의 미세먼지에 대한 규제도 추가로 실시하고 있다.
2019년 3월 국회 행정안전위원회는 법안소위를 열고 미세먼지를 '재난'에 포함시키도록 하는 재난안전관리기본법 개정안을 의결하여 자연 재난과 사회적 재난 가운데에선 화재, 붕괴, 환경오염 같은 사회적 재난 항목에 포함시키기로 했다.
이러한 미세먼지를 측정하기 위한 장치들이 일부 지역에 설치된다. 지역의 지형이나 주변 환경에 따라 미세먼지 농도는 서로 상이한데 미세먼지 측정 장치가 설치된 일부 지역에서만 미세먼지를 측정할 수 있기 때문에 모든 지역에서 정확한 미세먼지 농도를 측정하기 위하여 다수의 장치를 여러 지역에 설치해야 한다.
또한 사람의 보행 및 주거공간인 지표면으로부터 사람의 호흡 위치와 가장 유사한 도로환경에서 미세먼지를 측정하는 것은 인체 건강 영향 평가 등에 있어서도 중요하다
그에 따라 장치의 설치 및 유지 관리에 소요되는 비용이 많아지는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1814188호 (2017.12.26)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 여러 지역에 미세먼지를 측정할 수 있는 장치를 설치하지 않더라도 일반 도로 주행차량을 이용하여 다양한 지역의 도로위의 미세먼지 농도를 실시간 측정하고 모니터링하는 시스템 및 포집 장치를 제공하는 것이다.
또한 운전자의 스마트폰과 블루투스 등의 근거리 통신 시스템으로 연결되어 미세먼지 모니터링 시스템의 정보를 스마트폰 앱과 실시간 연동하여 수집, 미세먼지 DB 서버로 전송하여 전국 단위의 실시간 미세먼지 농도 및 분포를 GIS 기반으로 일반인에게도 서비스를 제공한다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 미세먼지 농도를 측정할 뿐만 아니라 동시에 대기 중의 미세먼지를 포집하여 제거할 수 있는 미세먼지를 모니터링하는 시스템 및 포집 장치를 제공하는 것이다.
또한, 주행속도에 따른 미세먼지 포집량을 실시간 계산할 수 있도록 하였고 이를 운전자 스마트폰 앱과 관리자 시스템에 자동으로 알려줌으로써 교체시기를 알려주는 기능을 제공한다.
또한, 차량에 부착하는 미세먼지 모니터링 및 포집장치는 이동 탈착식으로 하부에 영구 자석을 부착하여 차량 주행 풍속 저항에 견딜 수 있도록 하였고 손쉽게 탈부착이 가능한 이동, 보관성을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템은, 차량에 장착되고, 상기 차량이 이동함에 따라 내부로 공기가 유입되며, 유입된 공기에 포함된 미세먼지에 대한 농도를 측정하는 포집 장치; 상기 포집 장치와 통신하여 상기 포집 장치에서 측정된 미세먼지에 대한 농도를 수신하는 이동 단말기; 및 상기 포집 장치에서 측정된 미세먼지에 대한 농도를 이용하여 미세먼지에 대한 농도의 분석을 수행하는 서버를 포함할 수 있다.
상기 이동 단말기는 상기 수신된 미세먼지 농도와 함께 상기 미세먼지 농도를 측정한 시점에 매핑된 상기 이동 단말기의 위치 및 고도에 대한 정보를 상기 서버로 전송하며, 상기 서버는 상기 미세먼지 농도와 상기 이동 단말기의 위치 및 고도에 대한 정보를 이용하여 3차원에서 미세먼지 농도에 대한 포인트 농도 분석을 수행할 수 있다.
상기 서버는, 수학식 2를 이용하여 상기 포인트 농도 분석을 수행할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019077034645-pat00001
이때, c는 (x,y,z)에서의 미세먼지 농도이고,
Figure 112019077034645-pat00002
는 배출된 오염물질의 수평 표준편차이며,
Figure 112019077034645-pat00003
는 배출된 오염물질의 수직 표준편차이다. 그리고 u는 평균 풍속이고, Q는 미세먼지 농도이며, he는 z축의 측정지점(고도)이다.
상기 포집 장치는, 내부에 수용공간을 갖고, 일 측에 공기가 유입되는 유입 도어가 형성되고, 타 측에 공기가 배출되는 배기부가 형성된 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되고, 유입된 공기에서 미세먼지를 포집하는 미세먼지 포집부; 상기 유입 도어를 통해 상기 하우징의 내부로 유입되는 공기에 포함된 미세먼지의 농도를 측정하는 제1 측정부; 및 상기 배기부를 통해 배출되는 공기에 포함된 미세먼지의 농도를 측정하는 제2 측정부를 포함할 수 있다.
상기 포집 장치는, 상기 제1 및 제2 측정부에서 측정된 미세먼지의 농도를 이용하여 상기 미세먼지 포집부에서 포집된 미세먼지의 포집량을 산정하고, 상기 제1 및 제2 측정부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 하우징으로 유입되는 공기의 풍량, 상기 하우징에서 배출되는 공기의 풍량 및 상기 제1 및 제2 측정부에서 측정된 미세먼지 농도를 이용하여 상기 미세먼지 포집량을 산정할 수 있다.
상기 제어부는 수학식 1을 이용하여 상기 미세먼지 포집량을 산정하는 차량을 이용할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019077034645-pat00004
이때,
Figure 112019077034645-pat00005
은 상기 하우징 내부로 유입되는 풍량[㎥/min]이고,
Figure 112019077034645-pat00006
는 상기 하우징에서 배출되는 풍량[㎥/min]이며,
Figure 112019077034645-pat00007
은 상기 하우징 내부로 유입되는 공기의 미세먼지 농도[㎍/㎥]이고,
Figure 112019077034645-pat00008
은 상기 하우징에서 배출되는 공기의 미세먼지 농도[㎍/㎥]이며,
Figure 112019077034645-pat00009
은 미세먼지 입자의 크기이다.
상기 미세먼지 포집부는 하나 이상의 필터를 포함하고, 상기 하나 이상의 필터에서 상기 하우징의 내부로 유입될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량을 이용한 대기의 미세먼지 포집 장치는, 차량에 장착되고, 상기 차량이 이동함에 따라 내부로 공기가 유입되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되고, 유입된 공기에서 미세먼지를 포집하는 미세먼지 포집부; 상기 유입 도어를 통해 상기 하우징의 내부로 유입되는 공기에 포함된 미세먼지의 농도를 측정하는 제1 측정부; 상기 배기부를 통해 배출되는 공기에 포함된 미세먼지의 농도를 측정하는 제2 측정부; 및 상기 제1 및 제2 측정부에서 측정된 미세먼지의 농도를 이용하여 상기 미세먼지 포집부에서 포집된 미세먼지의 포집량을 산정하고, 상기 제1 및 제2 측정부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 수학식 1을 이용하여 상기 미세먼지 포집량을 산정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019077034645-pat00010
이때,
Figure 112019077034645-pat00011
은 상기 하우징 내부로 유입되는 풍량[㎥/min]이고,
Figure 112019077034645-pat00012
는 상기 하우징에서 배출되는 풍량[㎥/min]이며,
Figure 112019077034645-pat00013
은 상기 하우징 내부로 유입되는 공기의 미세먼지 농도[㎍/㎥]이고,
Figure 112019077034645-pat00014
은 상기 하우징에서 배출되는 공기의 미세먼지 농도[㎍/㎥]이며,
Figure 112019077034645-pat00015
은 미세먼지 입자의 크기이다.
본 발명에 의하면, 차량에 설치하여 차량이 이동하면서 미세먼지를 측정할 수 있으므로, 미세먼지 측정 장치가 설치되지 않은 지역에 대해서도 미세먼지를 측정할 수 있어 적은 비용으로 넓은 지역에 대해 미세먼지를 측정할 수 있다.
또한, 차량에서 포집된 미세먼지에 대해 지표면, 측정 위치 및 고도에 대한 정보를 이용하여 3차원 공간에서 미세먼지 농도를 산정하고 표시할 수 있어, 사용자에게 보다 정확한 미세먼지 농도를 전달할 수 있다.
또한, 차량이 이동하면서 포집 장치를 이용하여 미세먼지를 포집함에 따라 대기 중의 미세먼지를 제거할 수 있다.
또한, 자동차 도로 주행에 따른 미세먼지 저감을 통해 미세먼지 발생지역에서의 미세먼지 저감으로 인해 차량 1대 설치에 따라 가로수 약 50그루의 미세먼지 제거 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 포집 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 포집 장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 포집 장치를 도시한 다른 측면의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 포집 장치 내부에 설치되는 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 이동 단말기를 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 서버를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템에서 미세먼지 농도를 표출하는 네트워크 모식도를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템에서 미세먼지 농도를 3차원으로 나타낸 분포도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 시스템은, 포집 장치(100), 이동 단말기(200) 및 서버(300)를 포함한다.
포집 장치(100)는, 차량의 외부에 설치되고, 차량이 이동하면서 내부로 유입되는 공기에 포함된 미세먼지를 포집한다. 포집 장치(100)은 내부에 공기와 함께 유입된 미세먼지의 농도를 측정하고, 포집된 미세먼지의 포집량을 산정한다.
미세먼지의 포집량을 측정하기 위해 포집 장치(100)는, 포집 장치(100) 내부로 유입되는 미세먼지의 농도와, 외부로 배출되는 미세먼지의 농도를 측정하여, 포집된 미세먼지의 포집량을 산정한다.
포집 장치(100)는, 상기와 같이, 측정된 미세먼지 농도 정보 및 산정된 미세먼지 포집량 정보를 외부에서 확인할 수 있게 표시할 수 있으며, 또한, 사용자가 확인할 수 있도록 이동 단말기(200)나 서버(300)로 전송할 수 있다.
이동 단말기(200)는 사용자가 휴대할 수 있으며, 포집 장치(100)에서 측정된 미세먼지 농도 및 미세먼지 포집량에 대한 정보를 포집 장치(100)로부터 수신하여 사용자가 확인할 수 있도록 표시할 수 있다. 이러한 이동 단말기(200)는, 스마트폰이나 태블릿 PC, 또는 노트북일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이동 단말기(200)는, 특정 프로그램이나 어플리케이션이 설치될 수 있는 단말기이면 어느 것이든 이용될 수 있다.
그리고 이동 단말기(200)는, 포집 장치(100)로부터 수신된 미세먼지 농도 및 미세먼지 포집량에 대한 정보를 서버(300)로 전송한다. 이때, 필요에 따라 이동 단말기(200)의 위치 정보 및 고도 정보를 서버(300)로 함께 전송할 수 있다.
서버(300)는, 포집 장치(100)에서 측정된 각종 정보가 수신되고, 수신된 정보를 이용하여 미세먼지 농도의 분포를 산정할 수 있다. 미세먼지 농도의 분포를 산정할 때, 미세먼지가 측정된 위치에 대한 정보 및 고도에 대한 정보를 이용하여 3차원 공간에서의 미세먼지 분포를 산정할 수 있다.
또한, 서버(300)는, 포집 장치(100)에서 실측된 데이터를 이용하여 미세먼지 농도를 분석할 수 있다. 미세먼지 농도의 분석은, 분석 모델을 이용하여 산정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 포집 장치를 도시한 블록도이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 포집 장치를 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 포집 장치 내부에 설치되는 구성을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 포집 장치(100)는, 하우징(101), 미세먼지 포집부(110), 제1 측정부(120), 제2 측정부(130), 표시부(140), 통신부(150), 전원부(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
포집 장치(100)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 외부 형상이 유선형 형상인 하우징(101)을 갖고, 하우징(101)의 내부에 다른 각 구성이 배치된다.
하우징(101)은 도시된 바와 같이, 상면이 곡면으로 형성되고, 일 측에 외부 공기가 내부로 유입될 수 있는 유입 도어(103)가 상면에 배치된다. 이때, 하우징(101)의 형상은 필요에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다. 그리고 하우징(101)의 내부로 유입된 공기가 외부로 배기될 수 있도록 하우징(101)의 상면 타 측에 배기부(105)가 배치된다.
유입 도어(103) 및 배기부(105)는 각각 필요에 따라 개폐할 수 있도록 구성된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 유입 도어(103)의 일 측에 도어 스위치(103a)가 배치될 수 있으며, 도어 스위치(103a)는 사용자가 수동으로 조작하여 유입 도어(103)를 개폐할 수 있다. 물론 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 자동으로 유입 도어(103)를 개폐할 수 있도록 구성될 수 있다.
예컨대, 유입 도어(103)는 차량이 이동하는 속도에 따라 개폐되도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 차량이 약 100km/h 이상으로 이동하는 경우, 차량의 속도에 의해 하우징(101)의 내부에 배치된 미세먼지 포집부(110)의 필터(FT)가 손상될 수 있고, 또한, 공기저항에 의해 차량의 연비가 나빠질 수 있다. 그에 따라 차량이 약 100km/h 이상으로 이동하는 경우, 하우징(101)의 내부로 공기가 유입되지 못하도록 자동으로 유입 도어(103)를 폐쇄할 수 있다. 이때, 차량의 속도는 GPS 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
또한, 비가 오는 경우, 포집 장치(100)의 하우징(101) 내부로 비가 유입되는 것을 방지하기 위해 유입 도어(103) 및 배기부(105)가 폐쇄될 수 있다. 이때, 강우센서가 하우징(101)에 설치되어 비가 오는지 여부를 감지할 수 있다. 따라서 강우 센서에서 비가 오는 것이 감지되면, 제어부(170)에 의해 유입 도어(103) 및 배기부(105)가 자동으로 폐쇄될 수 있다.
또는, 유입 도어(103) 및 배기부(105)는 필요에 따라 차량의 와이퍼 등과 연동되어 폐쇄되도록 제어될 수도 있다. 즉, 비가 오는 경우, 차량의 와이퍼가 동자가되므로, 와이퍼가 동작함에 따라 연동되어 유입 도어(103) 및 배기부(105)가 자동으로 폐쇄될 수 있다.
이때, 포집 장치(100)는 차량의 외부에 설치되는데, 차량의 지붕 상면 또는 트렁크 상면 등에 설치될 수 있다. 이렇게 포집 장치(100)의 하우징(101)을 차량에 설치하기 위해 하우징(101)의 하면에 결합부(107)가 배치될 수 있다. 본 실시예에서 결합부(107)는 자석일 수 있고, 차량이 이동할 때 차량에서 포집 장치(100)이 떨어지는 것을 방지하기 위해 강한 자력을 갖는 자석(예컨대, 네오디움 자석 등)이 이용될 수 있다. 일례로, 결합부(107)는 흡착력이 약 50kg 이상이며, N35 등급 이상이고, 약 100mm x 10mm의 크기에서 1,170 [Gauss]의 자력을 갖는 자석이 이용될 수 있다. 즉, 결합부(107)는 차량이 약 200km/h의 속력으로 이동하더라도 포집 장치(100)가 차량에서 떨어지지 않을 수 있을 정도의 자력을 갖는 자석이 이용될 수 있다.
그리고 하우징(101)의 외면에는 사용자가 포집 장치(100)를 이동시킬 수 있는 손잡이(HD)가 형성될 수 있다.
미세먼지 포집부(110)는, 하우징(101)의 내부에 배치되고, 유입 도어(103)를 통해 내부로 유입된 공기에 포함된 미세먼지를 포집한다. 그리고 포집된 미세먼지를 제외한 공기는 배기부(105)를 통해 하우징(101)의 외부로 배기될 수 있다.
이러한 미세먼지 포집부(110)는, 포집 케이스(111) 및 케이스 커버(115)를 포함한다.
포집 케이스(111)는, 다수의 필터(FT)가 설치될 수 있으며, 설치된 다수의 필터(FT)에 미세먼지가 포집되도록 각 필터(FT)에 미세먼지가 포함된 공기가 통과할 수 있게 형성된다.
도시된 바와 같이, 포집 케이스(111)는 일 측에 하우징(101) 내부로 유입된 공기가 포집 케이스(111) 내부로 유입되도록 케이스 유입부(111a)가 일 측면에 배치된다. 케이스 유입부(111a)는 도시된 바와 같이, 공기가 포집 케이스(111)의 내부로 유입되도록 관통홀의 형상을 가지며 배치된다. 이렇게 케이스 유입부(111a)를 통해 포집 케이스(111)로 유입된 공기는 포집 케이스(111)에 설치된 다수의 필터(FT)를 통과할 수 있다.
그리고 포집 케이스(111)에는 다수의 필터(FT)가 설치될 수 있는 필터홈(FH)이 형성된다. 필터홈(FH)은 포집 케이스(111)의 상면 및 일 측면이 개방된 형상으로 형성될 수 있으며, 필터(FT)가 케이스 유입부(111a)를 통해 유입된 공기와 최대한 접촉하도록 케이스 유입부(111a)와 길이 방향과 동일한 길이 방향을 가지도록 형성될 수 있다. 따라서 다수의 필터(FT)는 다수의 필터홈(FH) 각각에 삽입된 상태로 설치될 수 있다.
이때, 필터홈(FH)은 포집 케이스(111)의 상면 및 일 측면이 개방된 형상으로 형성되는데, 포집 케이스(111)의 개방된 일 측면은 케이스커버에 의해 폐쇄되지만, 포집 케이스(111)의 상면은 필터(FT)가 필터홈(FH)에 삽입되더라도 개방된 상태가 유지될 수 있다. 따라서 필터홈(FH)의 상면이 계속 개방된 상태가 유지됨에 따라 하우징(101)의 내부로 유입된 공기 중 케이스 유입부(111a)를 통해 유입되지 않은 공기와 필터(FT)가 접촉할 수 있다. 따라서 필터(FT)는 케이스 유입부(111a)를 통해 유입되지 않은 공기에 포함된 미세먼지를 포집할 수 있다.
또는, 차량이 빠르게 운행될수록 하우징(101) 내부로 유입되는 공기의 양이 증가하는데, 포집 케이스(111)의 내부로 유입된 모든 공기가 필터(FT)를 관통하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 포집 케이스(111)의 내부로 유입된 모든 공기가 필터(FT)를 통과하지 못할 때, 필터홈(FH)의 개방된 상면을 통해 남은 공기를 포집 케이스(111)의 외부로 배출될 수 있다.
그리고 포집 케이스(111)는 다수의 필터홈(FH)이 형성됨에 따라 다수의 필터홈(FH) 사이에 벽체(113)가 형성된다. 이때, 벽체(113)에는 케이스 유입부(111a)와 유사하게 공기가 관통할 수 있는 관통홀이 형성될 수 있다. 따라서 각 필터(FT)를 통과한 공기는 벽체(113)에 형성된 관통홀을 통해 이동할 수 있다.
또한, 도시되지 않았지만, 포집 케이스(111)의 타 측면에 포집 케이스(111) 내부의 공기를 외부로 배출하기 위해 케이스 배기부(105)가 케이스 유입부(111a)와 동일한 형상으로 배치된다.
케이스 커버(115)는, 포집 케이스(111)의 일 측면에 결합될 수 있도록 형성된다. 케이스 커버(115)는 포집 케이스(111)에 형성된 필터홈(FH)의 개방된 일 측면을 덮으면서 포집 케이스(111)에 결합된다. 본 실시예에서, 케이스 커버(115)가 포집 케이스(111)에 결합됨에 따라 다수의 필터홈(FH)에 삽입된 각 필터(FT)들은 포집 케이스(111)에서 이탈되지 않도록 고정될 수 있다.
그리고 케이스 커버(115)는, 포집 케이스(111)에 설치된 필터(FT)가 신규 필터(FT)인지 여부를 감지할 수 있다. 예컨대, 필터(FT)에는 필터마크 등이 설치되어 있을 수 있으며 케이스 커버(115)는 필터(FT)에 설치된 필터마크를 통해 신규 필터(FT)인지 여부를 판단할 수 있다. 이러한 필터마크는, 바코드일 수 있고, 펀칭 전자판이 이용될 수 있다.
제1 측정부(120) 및 제2 측정부(130)는 각각 하우징(101)의 내부에 설치되고, 하우징(101) 내부의 미세먼지 농도를 측정할 수 있는 미세먼지 측정 센서를 포함한다. 이때, 제1 측정부(120) 및 제2 측정부(130)는 각각 여러 종류의 미세먼지 농도를 측정할 수 있다. 예컨대, 제1 측정부(120) 및 제2 측정부(130)는 각각 10㎛ 이하의 미세먼지, 2.5㎛ 이하의 미세먼지 및 1㎛ 이하의 미세먼지 중 어느 하나 이상의 미세먼지 농도를 측정할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 측정부(120)는 하우징(101)의 유입 도어(103)에 인접하게 배치되고, 제2 측정부(130)는 하우징(101)의 배기부(105)에 인접하게 배치된다. 따라서 제1 측정부(120)는 하우징(101)에 유입된 공기에 포함된 미세먼지 농도를 측정하고, 제2 측정부(130)는 하우징(101)에서 배출되는 공기에 포함된 미세먼지 농도를 측정한다.
상기와 같이, 제1 측정부(120) 및 제2 측정부(130)에서 측정된 미세먼지 농도는 서로 다를 수 있고, 제1 측정부(120) 및 지2 측정부에서 각각 측정된 미세먼지 농도의 차이를 이용하여 포집 장치(100)에서 포집된 미세먼지 포집량을 산정할 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 제1 측정부(120) 및 제2 측정부(130)는 각각 풍량을 측정할 수 있는 풍량 측정 센서를 포함할 수 있다. 따라서 제1 측정부(120)에 포함된 풍량 측정 센서는 하우징(101)의 유입 도어(103)를 통해 하우징(101) 내부로 유입되는 공기의 풍량을 측정할 수 있다. 그리고 제2 측정부(130)에 포함된 풍량 측정 센서는 하우징(101)의 배기부(105)를 통해 하우징(101)에서 배출되는 공기의 풍량을 측정할 수 있다.
표시부(140)는 하우징(101)의 외면에 설치되고, 제1 측정부(120) 및 제2 측정부(130)에서 측정된 미세먼지 농도를 표시한다. 또한, 표시부(140)는 제1 측정부(120) 및 제2 측정부(130)에서 측정된 미세먼지 농도를 이용하여 산정된 미세먼지 포집량을 표시할 수 있다.
통신부(150)는, 이동 단말기(200)와 통신하고, 이동 단말기(200)와 근거리 통신망을 통해 통신이 이루어질 수 있으며, 예컨대, 블루투스 통신망을 통해 이동 단말기(200)와 통신할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 통신부(150)는 이동 단말기(200)와 wifi 통신, 이동통신망을 통해 통신이 이루어질 수도 있다.
본 실시예에서, 통신부(150)는 제1 측정부(120) 및 제2 측정부(130)에서 측정된 미세먼지 농도에 대한 데이터를 이동 단말기(200)로 전송할 수 있다. 또한, 통신부(150)는 후술할 제어부(170)에서 산정된 미세먼지 포집량에 대한 데이터를 이동 단말기(200)로 전송할 수 있다.
전원부(160)는 포집 장치(100)에 전원을 공급하기 위해 구비되는데, 제1 측정부(120), 제2 측정부(130), 표시부(140), 통신부(150) 및 제어부(170)에 전원을 공급할 수 있다. 이를 위해 전원부(160)는 배터리(162)를 포함하고, 하우징(101)의 외면에 전원스위치(164)가 배치될 수 있다. 전원스위치(164)는 사용자가 포집 장치(100)의 전원을 켜거나 끄기 위해 구비된다.
배터리(162)는 외부에서 공급된 전원에 의해 충전될 수 있는 2차 전지가 이용되며, 본 실시예에서, 블레이드(PP)가 회전되어 발생된 전력에 의해 충전될 수 있다.
블레이드(PP)는, 하우징(101)의 내부에 배치되며, 미세먼지 포집부(110)의 전방에 배치될 수 있다. 즉, 블레이드(PP)는 하우징(101)의 유입 도어(103)에 인접한 위치에 배치될 수 있으며, 유입 도어(103)를 통해 하우징(101) 내부로 유입되는 공기에 의해 회전될 수 있다. 이렇게 블레이드(PP)가 회전됨에 따라 블레이드(PP)는 전류를 생성할 수 있고, 생성된 전류를 배터리(162)에 공급하여 배터리(162)를 충전시킬 수 있다. 이를 위해 블레이드(PP)는 배터리(162)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부(170)는 포집 장치(100)에 포함된 구성 중 전자적인 구성을 각각 제어하고, 제1 측정부(120) 및 제2 측정부(130)에서 측정된 미세먼지 농도, 하우징(101) 내부로 유입되는 풍량 및 하우징(101)에서 배출되는 풍량을 이용하여 포집 장치(100)에서 포집된 미세먼지의 포집량을 산정한다.
상기와 같이 제어부(170)가 산정하는 포집량(CM, ㎍/min)은 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure 112019077034645-pat00016
이때,
Figure 112019077034645-pat00017
은 하우징(101) 내부로 유입되는 풍량[㎥/min]이고,
Figure 112019077034645-pat00018
는 하우징(101)에서 배출되는 풍량[㎥/min]이다. 그리고
Figure 112019077034645-pat00019
은 하우징(101) 내부로 유입되는 공기의 미세먼지 농도[㎍/㎥]이고,
Figure 112019077034645-pat00020
은 하우징(101)에서 배출되는 공기의 미세먼지 농도[㎍/㎥]이다.
Figure 112019077034645-pat00021
은 미세먼지 입자의 크기를 나타낸다.
여기서, 풍량은 공기가 지나는 단면적과 풍속을 곱하여 산출될 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 하우징(101)에 유입되는 풍량은 하우징(101)의 유입 도어(103)의 단면적과 유입 도어(103)를 통과하는 공기의 풍속을 이용하여 산출할 수 있고, 또한, 하우징(101)에서 배출되는 풍량은 하우징(101)의 배기부(105)의 단면적과 배기부(105)를 통과하는 공기의 풍속을 이용하여 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 이동 단말기를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 이동 단말기(200)는, 단말기 통신부(210), 단말기 저장부(220), 단말기 표시부(230), 단말기 위치부(240) 및 단말기 제어부(250)를 포함한다.
단말기 통신부(210)는 포집 장치(100)의 통신부(150)와 통신할 수 있으며, 이때, 포집 장치(100)의 통신부(150)와 근거리 통신망을 통해 통신할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이동통신망이나 wifi 망을 통해 통신이 이루어질 수 있다. 따라서 단말기 통신부(210)는 포집 장치(100)로부터 측정된 미세먼지 농도 및 미세먼지 포집량에 대한 정보를 수신한다.
또한, 단말기 통신부(210)는 서버(300)와 통신할 수 있다. 단말기 통신부(210)는 서버(300)와 이동통신망이나 인터넷망을 통해 통신할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 단말기 통신부(210)는 서버(300)와 LoRa 통신망이나 그 외에 다른 통신망을 통해 통신이 이루어질 수 있다. 단말기 통신부(210)는, 포집 장치(100)에서 수신된 미세먼지 농도에 대한 데이터 및 미세먼지 포집량에 대한 데이터를 서버(300)로 전송할 수 있다.
단말기 저장부(220)는 포집 장치(100)에서 수신된 미세먼지 농도에 데이터 및 미세먼지 포집량에 대한 데이터를 저장한다.
단말기 표시부(230)는, 수신된 미세먼지 농도에 데이터 및 미세먼지 포집량에 대한 데이터를 사용자가 확인할 수 있도록 표시한다. 또한, 단말기 표시부(230)는 이동 단말기(200)가 서버(300)에 접속한 경우, 서버(300)에서 제공되는 각종 정보를 사용자가 확인할 수 있도록 표시할 수 있다.
단말기 위치부(240)는, 이동 단말기(200)의 위치를 확인한다. 단말기 위치부(240)는 GPS 위성과의 통신을 통해 이동 단말기(200)의 위치를 확인할 수 있으며, 또한, 이동 단말기(200)의 고도를 확인할 수 있다.
단말기 제어부(250)는 단말기 통신부(210), 단말기 저장부(220), 단말기 표시부(230) 및 단말기 위치부(240)를 각각 제어한다.
그리고 단말기 제어부(250)는 포집 장치(100)의 미세먼지 포집부(110)에 설치되는 필터(FT)의 교체 주기를 산출한다. 즉, 단말기 제어부(250)는 포집 장치(100)에서 수신된 미세먼지 포집량을 이용하여 필터(FT)의 교체 주기를 산출할 수 있다. 이때, 미세먼지 포집부(110)에 설치된 다수의 필터(FT)에 대해 일시에 필터(FT)의 교체 주기를 산출할 수 있고, 필요에 따라 다수의 필터(FT) 각각에 대해 필터(FT)의 교체 주기를 산출할 수 있다.
단말기 제어부(250)는 상기와 같이, 필터(FT)의 교체 주기를 산출하여 사용자에게 알리고, 또한, 사용자가 필터(FT)를 추가로 주문할 수 있도록 주문을 위한 URL 정보를 제공할 수도 있다. 그리고 필요에 따라 필터(FT)를 자동으로 주문할 수 있도록 서비스가 연동될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템의 서버(300)를 도시한 블록도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템에서 미세먼지 농도를 표출하는 네트워크 모식도를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 모니터링 시스템에서 미세먼지 농도를 3차원으로 나타낸 분포도이다.
서버(300)는, 데이터 수집부(310), GIS 정보부(320), 서비스부(330) 및 서버 제어부(340)를 포함한다.
서버(300)는 데이터 수집부(310)를 통해 이동 단말기(200)로부터 포집 장치(100)에서 측정된 미세먼지 농도에 대한 데이터 및 미세먼지 포집량에 대한 데이터를 수신한다.
그리고 수신된 미세먼지 농도에 대한 데이터 및 미세먼지 포집량에 대한 데이터와 미세먼지 농도가 측정된 위치에 대한 정보 및 이동 단말기(200)의 위치 정보를 이용하여 서버 제어부(340)는 위치와 미세먼지 수치에 대한 포인트 농도 분석을 수행한다. 포인트 농도 분석은, 격자 네트워크를 기반으로 이루어질 수 있으며, 포인트 농도 분석을 통해 미세먼지의 수치를 분석할 수 있는 모델이다.
서버 제어부(340)는 이동 단말기(200)의 위치에 대한 정보를 분석하도록 GIS 정보부(320)를 제어한다.
서버 제어부(340)는 상기와 같이, 데이터 수집부(310) 및 GIS 정보부(320)를 통해 격자 네트워크에서의 포인트 농도 분석을 수행한다. 이때, 본 실시예에서, 서버 제어부(340)는 격자 네트워크에서의 포인트 농도 분석은 이동 단말기(200)의 위치와 고도를 포함하는 3차원 좌표를 이용하여 미세먼지 농도를 3차원 공간에 표출할 수 있다.
서버 제어부(340)는, 격자 네트워크에서의 포인트 농도 분석을 위해 수학식 2를 이용한다.
[수학식 2]
Figure 112019077034645-pat00022
이때, c는 (x,y,z)에서의 미세먼지 농도이고,
Figure 112019077034645-pat00023
는 배출된 오염물질의 수평 표준편차이며,
Figure 112019077034645-pat00024
는 배출된 오염물질의 수직 표준편차이다. 그리고 u는 평균 풍속이고, Q는 미세먼지 농도이며, he는 z축의 측정지점(고도)이다.
보다 세부적으로 설명하면,
Figure 112019077034645-pat00025
는 x축 방향으로의 농도가 풍속에 반비례함을 의미하고,
Figure 112019077034645-pat00026
는 수평확산인자이며 y축 방향으로의 농도가 수평적인 퍼짐 강도인
Figure 112019077034645-pat00027
에 반비례한다는 것을 의미한다. 그리고 수직확산인자인
Figure 112019077034645-pat00028
은, z축 방향으로의 농도가 수직적인 퍼짐강도인
Figure 112019077034645-pat00029
에 반비례한다는 것을 의미한다.
상기와 같이, 수학식 2에 의해 미세먼지 측정 지점에서 미세먼지 농도와 3차원 좌표(x,y,z) 데이터를 이용하여 3차원 좌표상의 미세먼지 농도를 산정할 수 있다. 이렇게 산정된 값과 측정된 값에 대해 도 8에 도시된 바와 같이, 표출할 수 있으며, 또한, 3차원의 미세먼지 분포도를 도 9에 도시된 바와 같이 표시할 수 있다.
그리고 서버 제어부(340)는 이동 단말기(200)가 서버(300)에 접속하여 서버(300)에서 표출한 격자 네트워크에서의 포인트 농도 분석을 확인할 수 있도록 서비스부(330)를 제어할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
100: 포집 장치
101: 하우징
103: 유입 도어
103a: 도어 스위치
105: 배기부
107: 결합부
110: 미세먼지 포집부
111: 포집 케이스
111a: 케이스 유입부
113: 벽체
115: 케이스 커버
120: 제1 측정부
130: 제2 측정부
140: 표시부
150: 통신부
160: 전원부
162: 배터리
164: 전원스위치
170: 제어부
200: 이동 단말기
210: 단말기 통신부
220: 단말기 저장부
230: 단말기 표시부
240: 단말기 위치부
250: 단말기 제어부
300: 서버
310: 데이터 수집부
320: GIS 정보부
330: 서비스부
340: 서버 제어부
FT: 필터
FH: 필터홈
PP: 블레이드
HD: 손잡이

Claims (10)

  1. 차량에 장착되고, 상기 차량이 이동함에 따라 내부로 공기가 유입되며, 유입된 공기에 포함된 미세먼지에 대한 농도를 측정하는 포집 장치;
    상기 포집 장치와 통신하여 상기 포집 장치에서 측정된 미세먼지에 대한 농도를 수신하는 이동 단말기; 및
    상기 포집 장치에서 측정된 미세먼지에 대한 농도를 이용하여 미세먼지에 대한 농도의 분석을 수행하는 서버를 포함하고,
    상기 포집 장치는 내부에 수용공간을 갖고, 일 측에 공기가 유입되는 개폐 가능한 유입 도어가 형성되고, 타 측에 공기가 배출되는 배기부가 형성된 하우징을 포함하며,
    상기 유입 도어는 상기 차량의 이동 속도가 기준 속도 이상이면 자동 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동 단말기는 상기 수신된 미세먼지 농도와 함께 상기 미세먼지 농도를 측정한 시점에 매핑된 상기 이동 단말기의 위치 및 고도에 대한 정보를 상기 서버로 전송하며,
    상기 서버는 상기 미세먼지 농도와 상기 이동 단말기의 위치 및 고도에 대한 정보를 이용하여 3차원에서 미세먼지 농도에 대한 포인트 농도 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 서버는, 수학식 2를 이용하여 상기 포인트 농도 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템.
    [수학식 2]
    Figure 112019077034645-pat00030

    이때, c는 (x,y,z)에서의 미세먼지 농도이고,
    Figure 112019077034645-pat00031
    는 배출된 오염물질의 수평 표준편차이며,
    Figure 112019077034645-pat00032
    는 배출된 오염물질의 수직 표준편차이다. 그리고 u는 평균 풍속이고, Q는 미세먼지 농도이며, he는 z축의 측정지점(고도)이다.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 포집 장치는,
    상기 하우징의 내부에 배치되고, 유입된 공기에서 미세먼지를 포집하는 미세먼지 포집부;
    상기 유입 도어를 통해 상기 하우징의 내부로 유입되는 공기에 포함된 미세먼지의 농도를 측정하는 제1 측정부; 및
    상기 배기부를 통해 배출되는 공기에 포함된 미세먼지의 농도를 측정하는 제2 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 포집 장치는,
    상기 제1 및 제2 측정부에서 측정된 미세먼지의 농도를 이용하여 상기 미세먼지 포집부에서 포집된 미세먼지의 포집량을 산정하고, 상기 제1 및 제2 측정부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부는 상기 하우징으로 유입되는 공기의 풍량, 상기 하우징에서 배출되는 공기의 풍량 및 상기 제1 및 제2 측정부에서 측정된 미세먼지 농도를 이용하여 상기 미세먼지 포집량을 산정하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는 수학식 1을 이용하여 상기 미세먼지 포집량을 산정하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112019077034645-pat00033

    이때,
    Figure 112019077034645-pat00034
    은 상기 하우징 내부로 유입되는 풍량[㎥/min]이고,
    Figure 112019077034645-pat00035
    는 상기 하우징에서 배출되는 풍량[㎥/min]이며,
    Figure 112019077034645-pat00036
    은 상기 하우징 내부로 유입되는 공기의 미세먼지 농도[㎍/㎥]이고,
    Figure 112019077034645-pat00037
    은 상기 하우징에서 배출되는 공기의 미세먼지 농도[㎍/㎥]이며,
    Figure 112019077034645-pat00038
    은 미세먼지 입자의 크기이다.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 미세먼지 포집부는 하나 이상의 필터를 포함하고,
    상기 하나 이상의 필터에서 상기 하우징의 내부로 유입되는 미세먼지를 포집하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 대기의 미세먼지 모니터링 시스템.
  9. 차량에 장착되고, 내부에 수용공간을 가지며, 상기 차량이 이동함에 따라 내부로 공기가 유입되도록 일 측에 개폐 가능한 유입 도어가 형성되고, 타 측에 공기가 배출되는 배기구가 형성되는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 배치되고, 유입된 공기에서 미세먼지를 포집하는 미세먼지 포집부;
    상기 유입 도어를 통해 상기 하우징의 내부로 유입되는 공기에 포함된 미세먼지의 농도를 측정하는 제1 측정부;
    배기부를 통해 배출되는 공기에 포함된 미세먼지의 농도를 측정하는 제2 측정부; 및
    상기 제1 및 제2 측정부에서 측정된 미세먼지의 농도를 이용하여 상기 미세먼지 포집부에서 포집된 미세먼지의 포집량을 산정하고, 상기 제1 및 제2 측정부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 하우징의 유입 도어는 상기 차량의 이동 속도가 기준 속도 이상이면 상기 제어부의 제어에 의해 자동 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 대기의 미세먼지 포집 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는 수학식 1을 이용하여 상기 미세먼지 포집량을 산정하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 대기의 미세먼지 포집 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112019077034645-pat00039

    이때,
    Figure 112019077034645-pat00040
    은 상기 하우징 내부로 유입되는 풍량[㎥/min]이고,
    Figure 112019077034645-pat00041
    는 상기 하우징에서 배출되는 풍량[㎥/min]이며,
    Figure 112019077034645-pat00042
    은 상기 하우징 내부로 유입되는 공기의 미세먼지 농도[㎍/㎥]이고,
    Figure 112019077034645-pat00043
    은 상기 하우징에서 배출되는 공기의 미세먼지 농도[㎍/㎥]이며,
    Figure 112019077034645-pat00044
    은 미세먼지 입자의 크기이다.
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