KR102264364B1 - 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템은 외부로부터 흡입된 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정하고, 유입 기체에 포함된 미세먼지를 제거하는 미세먼지 저감장치; TLV(Time Length Value) 포맷 데이터 및 JSON(JavaScript Object Notation) 포맷 데이터를 상호 변환할 수 있는 게이트웨이; 및 서버;를 포함하되, 미세먼지 저감장치는 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정하는 제1 미세먼지 측정부; 유입 기체에 포함된 미세먼지를 제거하는 집진부; 및 TLV 포맷으로 데이터 구조화된 미세먼지 농도 및 미세먼지 저감장치가 설치된 위치를 포함하는 미세먼지 정보 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 통신부;를 포함하고, 서버는 게이트웨이에서 JSON 포맷으로 변환된 미세먼지 정보 데이터를 모니터링 플랫폼을 통해 외부 단말 장치로 제공한다.

Description

미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템 및 방법{AIR PURIFYING SYSTEM AND METHOD CAPABLE OF PROVIDING FINE DUST INFORMATION}
본 발명은 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기청정기에서 측정한 미세먼지 정보를 미세먼지 정보 서비스에 제공할 수 있는 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
황사 또는 미세먼지 등과 같은 이물질이 대기 중에 계속해서 증가하고 있으며 호흡을 통해 인체에 흡입됨으로써 건강상에 문제를 일으키는 사례가 증가하고 있다.
황사 또는 미세먼지 등의 인체 흡입을 방지하기 위해 미세 입자를 걸러내는 마스크가 다양하게 출시되고 있으나 지하철 등과 같이 밀폐된 공간에서 호흡에 불편함을 느끼는 사람들이 마스크를 착용하지 않는 경향이 있다.
밀폐된 공간에서의 마스크 착용을 강제할 수 없기 때문에 공기 중에 떠다니는 미세 입자를 필터링하여 저감 시키는 집진장치들을 지하철이나 도로변 등에 설치하여 깨끗한 공기를 사람들에게 제공하고 있다.
대형 공장과 같은 산업단지에서는 다량의 먼지와 미세입자들이 발생되므로 규모에 맞는 대형 집진장치를 사용하고 있으며, 일반 가정에서는 쉽게 이동하거나 휴대할 수 있는 공기청정기 등을 장소에 맞게 사용하고 있다.
관련된 종래 기술로는 대한민국 공개특허 제10-2019-0048654호(2019.05.09) "산업용 미세먼지 정화용 필터 집진장치"가 있으며, 3단계 다중 필터 구조로 된 필터부를 포함하고 있어 공기 중의 이물질을 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 설치 장소에 제약이 없다는 이점이 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-2065773호(2020.01.14) "야외용 미세먼지 저감장치"는 야외에 설치되기는 하나, 작업현장의 휴식장소, 대중교통 및 신호를 기다리는 장소에 설치하여 청정 공기를 제공할 수 있는 이점이 있다.
그러나, 공개특허 및 등록특허에 사용되는 미세입자를 걸러내는 필터는 장기간 사용하게 되면 필터 외면에 미세입자들이 흡착되어 필터 기능을 저하시키고 수명이 다된 필터를 자주 교체해야 하는 문제점이 있다.
또한, 공공 장소에 설치된 다수의 공기청정기를 유지보수하기 위해 담당 인력이 설치 장소를 찾아 다니며 필터 상태를 확인하고 장비 운영 상태를 점검하여야 하기 때문에 시간과 비용이 많이 소비되는 문제점이 있다.
또한, 공공 장소에 접근하는 일반 대중이 미세먼지 상태를 사전에 인지하고 효율적으로 대응할 수 있도록 공공 장소에 설치된 다수의 공기청정기에서 측정된 미세먼지 정보를 일반 대중에게 제공할 필요성이 있다.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 필터를 통과하는 공기의 미세먼지 농도 및 압력을 측정하여 자동으로 필터를 청소하도록 제어할 수 있으며, 이를 원격으로 모니터링하고, 미세먼지 저감장치에서 측정된 미세먼지 농도 정보를 일반 대중에게 제공할 수 있는 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템은 외부로부터 흡입된 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정하고, 상기 유입 기체에 포함된 미세먼지를 제거하는 미세먼지 저감장치; TLV(Time Length Value) 포맷 데이터 및 JSON(JavaScript Object Notation) 포맷 데이터를 상호 변환할 수 있는 게이트웨이; 및 서버;를 포함하되, 상기 미세먼지 저감장치는 상기 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정하는 제1 미세먼지 측정부; 상기 유입 기체에 포함된 미세먼지를 제거하는 집진부; 및 TLV 포맷으로 데이터 구조화된 상기 미세먼지 농도 및 상기 미세먼지 저감장치가 설치된 위치를 포함하는 미세먼지 정보 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 통신부;를 포함하고, 상기 서버는 상기 게이트웨이에서 JSON 포맷으로 변환된 상기 미세먼지 정보 데이터를 모니터링 플랫폼을 통해 외부 단말 장치로 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미세먼지 저감장치는 상기 집진부를 통과하여 미세먼지가 제거된 토출 기체의 미세먼지 농도를 측정하는 제2 미세먼지 측정부를 더 포함하고, 상기 집진부는 상기 유입 기체의 미세먼지를 포집하는 필터; 상기 필터를 통과하는 기체의 압력인 필터 통과 공기압을 측정하는 기압 측정기; 및 상기 토출 기체의 미세먼지 농도가 미리 정해진 미세먼지 기준값보다 크거나, 상기 필터 통과 공기압이 미리 정해진 공기압 기준값보다 큰 경우, 상기 필터에 압축공기를 분사하는 압축공기 분사기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미세먼지 기준값은 상기 압축공기 분사기가 상기 필터에 압축공기를 N-1 회차에 분사한 직후 측정된 상기 토출 기체의 미세먼지 농도 대비 상기 압축공기 분사기가 상기 필터에 압축공기를 N 회차에 분사한 직후 측정된 상기 토출 기체의 미세먼지 농도의 증가율을 기초로 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공기압 기준값은 상기 압축공기 분사기가 상기 필터에 압축공기를 N-1 회차에 분사한 직후 측정된 상기 필터 통과 공기압 대비 상기 압축공기 분사기가 상기 필터에 압축공기를 N 회차에 분사한 직후 측정된 상기 필터 통과 공기압의 증가율을 기초로 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 집진부는 상기 토출 기체의 미세먼지 농도가 상기 미세먼지 기준값보다 크거나, 상기 필터 통과 공기압이 상기 공기압 기준값보다 큰 경우, 상기 필터를 진동 시키는 진동 발생기;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미세먼지 저감장치는 상기 필터로부터 분리된 미세먼지를 수납하는 먼지 수납함; 및 상기 먼지 수납함에 적재된 미세먼지의 적재량을 측정하는 적재량 센서;를 포함하는 먼지 수납부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 통신부는 TLV 포맷으로 데이터 구조화된 설비 운영 정보 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하며, 상기 서버는 상기 게이트웨이에서 JSON 포맷으로 변환된 상기 설비 운영 정보 데이터를 상기 모니터링 플랫폼을 통해 더 제공하고, 상기 설비 운영 정보 데이터는 상기 토출 기체의 미세먼지 농도, 상기 미세먼지 기준값, 상기 필터 통과 공기압, 상기 공기압 기준값, 상기 필터의 설치 시기, 상기 필터의 남은 수명 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 필터의 남은 수명은 상기 미세먼지 기준값 및 미리 정해진 미세먼지 한계값을 기초로 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 모니터링 플랫폼은 oneM2M 표준 프로토콜을 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 미세먼지 정보 제공 공기청정 방법은, 미세먼지 저감장치에서, 외부로부터 흡입된 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정하고, 상기 유입 기체에 포함된 미세먼지를 제거하는 단계; 게이트웨이에서, TLV(Time Length Value) 포맷 데이터 및 JSON(JavaScript Object Notation) 포맷 데이터를 상호 변환하는 단계; 및 서버에서, 미세먼지 정보 데이터를 모니터링 플랫폼을 통해 외부 단말 장치로 제공하는 단계를 포함하되, 상기 미세먼지를 제거하는 단계는 제1 미세먼지 측정부를 이용하여, 상기 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정하는 단계; 집진부를 이용하여, 상기 유입 기체에 포함된 미세먼지를 제거하는 단계; 및 TLV 포맷으로 데이터 구조화된, 상기 미세먼지 농도 및 상기 미세먼지 저감 장치가 설치된 위치를 포함하는 상기 미세먼지 정보 데이터를 통신부를 이용하여 상기 게이트웨이로 전송하는 단계;를 포함하고, 상기 모니터링 플랫폼을 통해 제공되는 상기 미세먼지 정보 데이터는 상기 변환하는 단계를 통해 TLV 포맷에서 JSON 포맷으로 변환된 데이터를 포함한다.
이와 같은 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템 및 방법에 따르면, 필터에 대한 자동 청소 기능을 통해 필터의 수명을 증가시킬 수 있다.
또한, 미세먼지 저감장치의 작동 상태를 원격으로 모니터링하여 유지보수에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.
또한, 미세먼지 저감장치가 설치된 장소의 미세먼지 농도를 공개하여 해당 저감장치가 설치된 장소에 방문하는 일반 대중이 미세먼지 방지 대책을 사전에 수립하는데 도움이 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 미세먼지 저감장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 집진부를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 도 2의 먼지 수납부를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 도 2의 게이트웨이를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 2의 서버를 나타내는 블록도이다.
이하에서, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템은 미세먼지 저감장치(10), 게이트웨이(20) 및 서버(30)를 포함할 수 있다.
미세먼지 저감장치(10)는 외부로부터 흡입된 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정하고, 유입 기체에 포함된 미세먼지를 제거할 수 있다. 일 실시예에서, 미세먼지 저감장치(10)는 미세먼지 농도를 측정하여 실시간 미세먼지 농도를 제공하는 기능을 포함하는 공기청정기일 수 있다.
미세먼지 저감장치(10)는 미세먼지 농도를 측정하고, 측정된 미세먼지 농도를 포함하는 미세먼지 정보 데이터 및 미세먼지 저감장치(10)의 운영 정보를 포함하는 설비 운영 정보 데이터를 게이트웨이(20)를 거쳐 서버(30)로 전달할 수 있다. 서버(30)로 전달된 미세먼지 정보 데이터 및 설비 운영 정보 데이터는 서버(30)에 유선 또는 무선으로 연결된 외부 단말 장치(예를 들어, PC, 스마트폰 등의 컴퓨팅 디바이스)로 제공될 수 있다.
게이트웨이(20)는 미세먼지 저감장치(10) 및 서버(30)를 유선 또는 무선으로 연결해주는 네트워크 중계 장치를 포함할 수 있다. 게이트웨이(20)는 TLV(Time Length Value) 포맷 데이터 및 JSON(JavaScript Object Notation) 포맷 데이터를 상호 변환할 수 있다.
TLV 포맷은 데이터 패킷의 타입-길이-값(Packed Type-Length-Value) 데이터 포맷을 의미한다.
미세먼지 저감장치(10)는 미세먼지 정보 데이터 및 설비 운영 정보 데이터를 TLV 포맷으로 데이터 구조화하여 저장할 수 있다. 미세먼지 저감장치(10)는 TLV 포맷으로 데이터 구조화된 미세먼지 정보 데이터 및 TLV 포맷으로 데이터 구조화된 설비 운영 정보 데이터를 게이트웨이(20)로 전달할 수 있다.
JSON이란, JavaScript에서 객체를 만들 때 사용하는 표현식으로, 데이터를 저장하거나 전송할 때 사용되는 경량의 데이터 교환 포맷을 의미한다. JSON 포맷은 일반적으로 속성-값 쌍으로 이루어진 데이터 오브젝트를 전달하기 위해 인간이 읽을 수 있는 텍스트를 사용하는 개방형 표준 포맷을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 게이트웨이(20)는 미세먼지 저감장치(10)로부터 전달받은 TLV 포맷 데이터를 JSON 포맷으로 변환하여 서버(30)로 전달할 수 있다. 또한, 게이트웨이(20)는 서버(30)로부터 전달받은 JSON 포맷 데이터를 TLV 포맷으로 변환하여 미세먼지 저감장치(10)로 전달할 수 있다.
도 2는 도 1의 미세먼지 저감장치를 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 2의 집진부를 설명하기 위한 개념도이다. 도 4는 도 2의 먼지 수납부를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 미세먼지 저감장치(10)는 유입부(110), 제1 미세먼지 측정부(120), 집진부(130), 먼지 수납부(140), 제2 미세먼지 측정부(150), 토출부(160), 제어부(170) 및 통신부(180)를 포함할 수 있다.
유입부(110)는 외부로부터 기체가 흡입되어 집진부(130)로 연결되는 배관을 포함할 수 있다. 외부로부터 흡입되는 유입 기체는 미세먼지 저감장치(10)가 설치되는 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 미세먼지 저감장치(10)가 공공장소에 설치되는 경우 유입 기체는 공공장소의 내부 공기를 포함할 수 있다. 또는, 미세먼지 저감장치(10)가 공장 등의 설비로부터 배출되는 배출가스의 미세먼지를 저감시키기 위해 특정 설비의 가스 분출구에 설치되는 경우 유입 기체는 배출가스를 포함할 수 있다.
제1 미세먼지 측정부(120)는 유입부(110)를 통해 흡입되는 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정할 수 있다.
제1 미세먼지 측정부(120)는 광산란 방식을 이용하여 미세먼지의 양을 측정할 수 있다. 광산란 방식이란, 산란광의 양을 측정하고 그 값으로부터 입자상 물질의 농도를 구하는 방법이다.
구체적으로, 대기중에 부유하고 있는 입자상 물질에 빛을 조사하면 입자상 물질에 의하여 빛이 산란한다. 이 경우, 물리적 성질이 동일한 입자상 물질에 빛을 조사하면 산란광의 양은 질량 농도에 비례한다는 원리를 이용한 측정 방법이다.
제1 미세먼지 측정부(120)는 입자 분리기(미도시) 및 광산란 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
입자 분리기는 유입되는 미세 입자에 급격한 회전을 인가하여 무거운 질량의 입자를 분리할 수 있다. 구체적으로 입자 분리기가 유입되는 미세먼지에 급격한 회전을 인가하면, 질량이 큰 입자는 원심력에 의해 공기가 회전하는 흐름을 벗어나 포집되고, 가벼운 입자는 공기의 흐름을 따라 이동하게 된다.
예를 들어, 입자 분리기는 미리 설정된 입자의 밀도를 기준으로 미세먼지(Particulated matters, PM 10) 또는 초미세먼지(Fine Pariculated Matters, PM 2.5)를 분리해낼 수 있다.
입자 분리기는 입자의 분리 능력을 향상시키기 위하여 내부의 습기를 제거할 수 있는 습기 제거기를 포함할 수 있다.
광산란 센서는 입자에 광을 비추면 회절, 굴절 및 반사되는 광산란 방식을 이용하여 입자의 농도를 측정할 수 있다. 광산란 센서는 입자의 크기에 따라 산란되는 광이 달라지는 원리를 이용하여 입자의 농도를 측정할 수 있다.
구체적으로, 광산란 센서는 유입되는 입자에 의해 산란되는 광을 센싱하여 크기별 입자의 수를 카운트하여 미세먼지의 농도를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 미세먼지 측정부(120)는 상대적으로 크기가 다른 두 개의 입자 크기별 농도를 측정하기 위하여, 두 개의 입자 분리기 및 두 개의 광산란 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 미세먼지 측정부(120)는 미세 입자 (Particulated matters, PM 10, 이하 PM 10 미세먼지) 및 초미세 입자(Fine Pariculated Matters, PM 2.5, 이하 PM 2.5 미세먼지)의 농도를 측정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 다양한 크기의 미세 입자를 측정할 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 미세먼지 측정부(120)는 PM 10 미세먼지 및 PM 2.5 미세먼지(즉, 초미세먼지)의 농도를 측정하기 위하여, PM 10 미세먼지를 분리할 수 있는 제1 입자 분리기와 제1 광산란 센서, PM 2.5 미세먼지를 분리할 수 있는 제2 입자 분리기와 제2 광산란 센서를 포함할 수 있다.
제2 입자 분리기는 PM 10 미세먼지보다 작은 PM 2.5 미세먼지를 측정하기 위하여 제1 입자 분리기 보다 원통 크기가 작을 수 있다. 즉, 제2 입자 분리기는 선회류 반경(즉, 회전하는 반경)이 제1 입자 분리기 보다 작게 형성될 수 있다.
이때, 제2 광산란 센서는 제1 광산란 센서와 동일한 구성을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다른 구성을 포함할 수 있다.
집진부(130)는 필터(131), 압축공기 분사기(132), 진동 발생기(133) 및 기압 측정기(134)를 포함할 수 있다.
필터(131)는 유입 기체의 미세먼지를 포집할 수 있다. 일 실시예에서, 필터(131)는 주머니 모양의 백 필터(Bag Filter)를 포함할 수 있다. 백 필터는 주머니 모양의 필터 직물을 이용하여 공기 중의 입자(예를 들어, 0.1~100 μm 미세 입자)를 포집할 수 있다.
다른 실시예에서, 필터(131)는 헤파(High Efficiency Particulate Air, HEPA) 필터가 주머니 모양으로 형성된 백 필터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 필터(131)는 헤파 필터가 상부가 개방되고, 하부가 막힌 원통형 주머니 모양으로 형성된 백 필터를 포함할 수 있다. 헤파 필터는 등급에 따라 차이가 있으나, 일반적으로 0.3 μm 크기의 입자를 약 99.97% 이상 걸러낼 수 있다.
일 실시예에서, 유입 기체는 필터(131)가 설치되어 있는 필터 하우징(135) 내부로 유입되어 필터(131)를 통과하여 흐를 수 있다. 유입 기체는 일 방향이 개방된 원통형 주머니 형태(즉, 백필터 형태)의 필터(131) 외면으로부터 내면 방향으로 통과하면서, 유입 기체에 포함되어 있는 미세먼지가 필터(131)의 외면에 부착되어 미세먼지가 저감될 수 있다. 다시 말해, 유입 기체는 원통형 주머니 형태의 필터(131) 외면으로부터 내면 방향으로 통과하여 개방된 상부 방향으로 흐를 수 있다.
따라서, 필터(131)는 시간이 경과함에 따라 외면에 미세먼지가 흡착되어 먼지 케이크(dust cake)를 형성할 수 있다.
기압 측정기(134)는 필터(131)를 통과하는 기체의 압력을 측정할 수 있다. 기압 측정기(134)는 필터(131)를 통과하는 기체의 압력인 필터 통과 공기압을 측정할 수 있다. 기압 측정기(134)는 필터(131)를 통과하는 기체의 압력을 측정하기 위해 유입부(110)와 집진부(130) 사이에 설치될 수 있다. 예를 들어, 기압 측정기(134)는 유입 기체가 필터 하우징(135)으로 집입하는 길목에 설치될 수 있다.
제2 미세먼지 측정부(150)는 집진부(130)를 통과하여 미세먼지가 제거된 토출 기체의 미세먼지 농도를 측정할 수 있다. 제2 미세먼지 측정부(150)는 제1 미세먼지 측정부(120)와 실질적으로 동일한 구성을 포함할 수 있는 바, 중복되는 설명은 생략할 수 있다.
도 3의 (a)는 압축공기 분사기(132)의 작동을 설명하기 위한 개념도이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 압축공기 분사기(132)는 필터(131)의 개방된 상부로부터 필터(131) 내면 방향으로 압축공기를 분사할 수 있다.
압축공기 분사기(132)는 공기가 흐르는 통로의 직경이 공기가 유입되는 입구의 직경 보다 좁은 벤투리 형태의 배관을 통해 압축 공기를 공급받을 수 있다. 압축공기 분사기(132)는 고압의 압축공기를 필터(131) 내부로 분사할 수 있는 노즐을 포함할 수 있다.
압축공기 분사기(132)는 원통형 주머니 형태의 필터(131) 내면으로부터 외면 방향으로 고압의 압축공기를 분사할 수 있다. 압축공기 분사기(132)로부터 분사된 압축공기는 미세먼지를 포함하는 유입 기체와 역방향으로 흘러 필터(131) 외면에 부착된 미세먼지 및 필터(131) 내부에 누적된 미세먼지를 필터(131)로부터 분리시킬 수 있다.
일 실시예에서, 압축공기 분사기(132)는 토출 기체의 미세먼지 농도가 미리 정해진 미세먼지 기준값 보다 크거나, 필터 통과 공기압이 미리 정해진 공기압 기준값 보다 큰 경우, 필터(131)에 압축공기를 분사할 수 있다.
압축공기 분사기(132)가 압축 공기를 분사하는 기준이 되는 미세먼지 기준값 및 공기압 기준값은 필터(131)의 성능, 수명 또는 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템이 설치된 환경 등을 고려하여 미리 정해질 수 있다.
필터(131)의 수명이 감소함에 따라, 토출 기체의 미세먼지 농도가 증가하고, 필터 통과 공기압이 상승하는 것에 대응하여 미세먼지 기준값 및 공기압 기준값 역시 변경될 필요성이 있으며, 일정 기준에 따라 증가하도록 보정하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 미세먼지 기준값은 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축공기를 분사한 직후 측정된 토출 기체의 미세먼지 농도의 변화에 기초하여 변경될 수 있다.
예를 들어, 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축공기를 N회차 분사한 경우, 미세먼지 기준값은 N-1 회차에 압축공기를 분사한 직후 측정된 토출 기체의 미세먼지 농도 대비 N 회차에 압축공기를 분사한 직후 측정된 토출 기체의 미세먼지 농도의 증가율을 기초로 증가될 수 있다.
일 실시예에서, 미세먼지 기준값은 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축공기를 N-1 회차에 분사한 직후 측정된 토출 기체의 미세먼지 농도 대비 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축공기를 N 회차에 분사한 직후 측정된 토출 기체의 미세먼지 농도의 증가율을 기초로 증가될 수 있으며, 아래 식으로 표현될 수 있다.
a = ( V1 - V0) / V0
Ref_V = (1 + K1 * a) * Ref_V
여기서, a는 토출 기체의 미세먼지 농도 증가율이다. Ref_V는 미세먼지 기준값이다. V1은 압축공기를 N 회차에 분사한 직후 측정된 토출 기체의 미세먼지 농도이다. V0는 압축공기를 N-1 회차에 분사한 직후 측정된 토출 기체의 미세먼지 농도이다. K1은 미세먼지 저감장치(10)가 커버하는 면적, 설치 장소(공공장소, 공업시설 등), 미세먼지 종류 등을 고려하여 시험 운영 등을 통해 미리 정해진 비례상수이다. K1은 필요에 따라 다양한 값으로 설정될 수 있다.
미세먼지 기준값의 증가를 기초로 필터(131)의 남을 수명을 산출할 수 있다. 예를 들어, 필터(131)의 남은 수명은 미세먼지 기준값 및 미리 정해진 미세먼지 한계값을 기초로 산출될 수 있다.
구체적으로, 필터(131)의 남은 수명은, 미세먼지 기준값의 현재 값과 미세먼지 한계값의 차이를 미세먼지 기준값의 최초 설정값과 미세먼지 한계값의 차이와 비교하여 산출할 수 있다.
미세먼지 기준값이 증가하여 미리 정해진 미세먼지 한계값에 도달하면, 미세먼지 저감장치(10)는 필터(131)의 수명이 다한 것으로 판단할 수 있다. 미세먼지 기준값이 미세먼지 한계값에 도달한 경우 설비 운영 정보 데이터는 필터의 수명이 만료되었다는 정보를 포함할 수 있다.
여기서, 미세먼지 한계값은 미세먼지 저감장치(10)가 설치된 장소를 고려하여 미리 정해질 수 있다. 예를 들어, 미세먼지 저감장치(10)가 공공장소에 설치된 경우, 미세먼지 한계값은 국내외 미세먼지 환경수준을 고려하여 정해질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와는 달리, 미세먼지 저감장치(10)가 공업시설의 배출가스 배출구에 설치되는 경우, 미세먼지 한계값은 대기오염물질 배출기준 등을 고려하여 정해질 수 있다.
일 실시예에서, 공기압 기준값은 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축공기를 분사한 직후 측정된 필터 통과 공기압의 변화에 기초하여 변경될 수 있다.
예를 들어, 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축공기를 N회차 분사한 경우, 공기압 기준값은 N-1 회차에 압축공기를 분사한 직후 측정된 필터 통과 공기압 대비 N 회차에 압축공기를 분사한 직후 측정된 필터 통과 공기압의 증가율을 기초로 증가될 수 있다.
일 실시예에서, 공기압 기준값은 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축공기를 N-1 회차에 분사한 직후 측정된 필터 통과 공기압 대비 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축공기를 N 회차에 분사한 직후 측정된 필터 통과 공기압의 증가율을 기초로 증가될 수 있으며, 아래 식으로 표현될 수 있다.
b = (P1 - P0) / P0
Ref_P = (1 + K2 * b) * Ref_P
여기서, b는 필터 통과 공기압 증가율이다. Ref_P는 공기압 기준값이다. P1은 압축공기를 N 회차에 분사한 직후 측정된 필터 통과 공기압이다. P0는 압축공기를 N-1 회차에 분사한 직후 측정된 필터 통과 공기압이다. K2는 미세먼지 저감장치(10)가 커버하는 면적, 설치 장소(공공장소, 공업시설 등), 미세먼지 종류 등을 고려하여 시험 운영 등을 통해 미리 정해진 비례상수이다. K2는 필요에 따라 다양한 값으로 설정될 수 있다.
공기압 기준값이 증가하여 미리 정해진 공기압 한계값에 도달하면, 미세먼지 저감장치(10)는 필터(131)의 수명이 다한 것으로 판단할 수 있다. 공기압 기준값이 공기압 한계값에 도달한 경우 설비 운영 정보 데이터는 필터의 수명이 만료되었다는 정보를 포함할 수 있다.
여기서, 공기압 한계값은 필터(131)의 성능을 고려하여 시험 운영 등을 통해 미리 정해질 수 있다.
도 3의 (b)는 진동 발생기(133)의 작동을 설명하기 위한 개념도이다. 도 3의 (b)를 참조하면, 진동 발생기(133)는 필터(131)에 연결되어 필터(131)로 진동을 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 진동 발생기(133)는 필터(131)와 필터 하우징(135) 사이에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
진동 발생기(133)는 토출 기체의 미세먼지 농도가 미세먼지 기준값 보다 크거나, 필터 통과 공기압이 공기압 기준값 보다 큰 경우, 필터(131) 외면에 부착된 미세먼지들이 진동에 의해 분리되도록 필터(131)로 진동을 전달하여 필터(131)를 진동 시킬 수 있다.
일 실시예에서, 진동 발생기(133)는 압축공기 분사기(132)와 동시에 동작할 수 있다. 즉, 진동 발생기(133)는 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축 공기를 분사할 때 동시에 필터(131)에 진동을 전달할 수 있다.
다른 실시예에서, 진동 발생기(133)는 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축 공기를 분사한 후 필터(131)에 진동을 전달할 수 있다.
다른 실시예에서, 진동 발생기(133)는 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축 공기를 분사하기에 앞서 필터(131)에 진동을 전달할 수 있다.
다른 실시예에서, 필터(131)에 미세먼지가 부착되어 고착화되는 것을 방지하기 위하여 미리 정해진 주기마다 압축공기 분사기(132) 및 진동 발생기(133) 중 적어도 하나 이상이 작동할 수 있다.
다른 실시예에서, 압축공기 분사기(132)가 필터(131)에 압축 공기를 분사한 후 측정된 토출 기체의 미세먼지 농도 또는 필터 통과 공기압의 감소량이 미리 정해진 각각의 문턱값보다 작은 경우, 진동 발생기(133)는 필터(131)에 진동을 전달할 수 있다.
먼지 수납부(140)는 먼지 수납함(141) 및 적재량 센서(142)를 포함할 수 있다.
먼지 수납함(141)은 필터(131)로부터 분리된 미세먼지를 수납할 수 있다. 먼지 수납함(141)은 필터 하우징(135) 하부에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 필터 하우징(135)은 필터(131)로부터 분리된 미세먼지가 먼지 수납함(141)으로 용이하게 미끄러질 수 있도록 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 형태를 포함할 수 있다. 필터 하우징(135)은 내부의 압력을 유지하기 위하여 평소에는 먼지 수납함(141)과 연결되는 통로를 닫을 수 있다. 필터 하우징(135)은 필터(131)로부터 분리된 미세먼지가 먼지 수납함(141)으로 이동할 수 있도록 압축공기 분사기(132)가 동작하는 동안 먼지 수납함(141)과 연결되는 통로를 개방할 수 있다. 이 경우, 압축공기 분사기(132)가 분사하는 압축 공기의 압력에 의해 미세먼지가 먼지 수납함(141)으로 이동될 수 있다.
적재량 센서(142)는 먼지 수납함(141)에 적재된 미세먼지의 적재량을 측정할 수 있다. 적재량 센서(142)는 초음파 센서 또는 레이저 센서와 같이 거리를 측정할 수 있는 센서를 이용하여 먼지 수납함(141)에 적재되어 있는 미세먼지의 높이를 측정할 수 있다. 미세먼지의 적재량은 적재량 센서(142)를 이용하여 측정된 미세먼지의 높이를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 적재량 센서(142)는 초음파 송신기와 수신기를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
토출부(160)는 집진부(130)를 거쳐 미세먼지가 제거된 기체가 배출되는 배관을 포함할 수 있다.
제어부(170)는 미세먼지 저감장치(10)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(170)는 제1 미세먼지 측정부(120), 제2 미세먼지 측정부(150), 기압 측정기(134), 적재량 센서(142)의 측정값들 및 이를 기초로 생성된 데이터를 TLV 포맷으로 데이터 구조화하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는 TLV 포맷으로 데이터 구조화된 미세먼지 정보 데이터 및 설비 운영 정보 데이터를 생성하여 저장할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 압축공기 분사기(132), 진동 발생기(133)의 작동 타이밍을 제어할 수 있다.
미세먼지 정보 데이터는 TLV 포맷으로 데이터 구조화된 유입 기체의 미세먼지 농도, 미세먼지 저감장치(10)가 설치된 위치 정보, 유입 기체의 미세먼지 측정 시간 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
설비 운영 정보 데이터는 TLV 포맷으로 데이터 구조화된 유입 기체의 미세먼지 농도, 미세먼지 저감장치(10)가 설치된 위치 정보, 유입 기체의 미세먼지 측정 시간, 토출 기체의 미세먼지 농도, 토출 기체의 미세먼지 측정 시간, 필터 통과 공기압, 미세먼지 기준값, 공기압 기준값, 필터(131)의 설치 시기, 필터(131)의 남은 수명, 미세먼지 한계값, 공기압 한계값, 미세먼지 적재량 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
통신부(180)는 미세먼지 정보 데이터 및 설비 운영 정보 데이터를 게이트웨이(20)로 전송할 수 있다.
통신부(180)는 게이트웨이(20)와 근거리 무선 데이터를 송신 및 수신할 수 있는 근거리 통신 모듈을 포함할 수 있다. 근거리 통신 모듈은 LoRA(Long Range Sub Ghz Module), M2M, WiFi, BLE(Bluetooth Low Energy), RFID(Radio Frequency Identification), NFC(Near Field Communication), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wide Band), ZigBee 등의 통신 기술을 이용하는 통신 모듈일 수 있다.
도 5는 도 2의 게이트웨이를 나타내는 블록도이다. 도 6은 도 2의 서버를 나타내는 블록도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 게이트웨이(20)는 컨버터(210)를 포함할 수 있다. 서버(30)는 모니터링 플랫폼(310)을 포함할 수 있다.
컨버터(210)는 TLV 포맷 데이터 및 JSON 포맷 데이터를 상호 변환할 수 있다. 컨버터(210)는 미세먼지 저감장치(10)로부터 전달받은 TLV 포맷 데이터를 JSON 포맷으로 변환할 수 있다. 또한, 컨버터(210)는 서버(30)로부터 전달받은 JSON 포맷 데이터를 TLV 포맷으로 변환할 수 있다.
서버(30)는 게이트웨이(20)와 데이터를 송신 및 수신할 수 있는 유선 또는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다. 서버(30)에 포함된 무선 통신 모듈은 4G(LTE, LTE/M) 무선통신 기술이 이용됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 최근 개발된 5G(IMT-2020) 무선통신 기술, 국제전기전자기술자협회(IEEE)의 무선통신 표준기술인 IEEE802.11n, IEEE802.11ac, IEEE802.11ad, IEEE802.11af, IEEE802.11ah, IEEE802.11ai 등을 이용할 수 있으며, IEEE802.11ad을 기반으로 하는 WiGig(Wireless Gigabit Alliance), Wibro(Wireless Broadband), WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수도 있다.
모니터링 플랫폼(310)은 모니터링 플랫폼(310)은 서버(30)에 유선 또는 무선으로 연결된 외부 단말 장치로 미세먼지 정보 데이터 및 설비 운영 정보 데이터 중 적어도 하나 이상을 제공할 수 있다. 모니터링 플랫폼(310)은 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 서비스 플랫폼에 대한 국제표준인 oneM2M(one Machine to Machine) 표준 프로토콜을 포함할 수 있다. 모니터링 플랫폼(310)은 JSON 포맷으로 변환되어 게이트웨이(20)로부터 수신된 데이터를 oneM2M 표준 프로토콜에 맞게 변환하여 IoT 서비스 어플리케이션을 통해 제공할 수 있다. 모니터링 플랫폼(310)은 REST(Representational State Transfer) API를 통해 서비스 제공 기능이 구현될 수 있다.
모니터링 플랫폼(310)은 유지보수 모니터링 플랫폼 및 미세먼지 정보제공 모니터링 플랫폼을 포함할 수 있다.
미세먼지 정보제공 모니터링 플랫폼은 미세먼지 정보 데이터를 이용하여 미세먼지 농도 정보를 제공할 수 있다. 미세먼지 정보제공 모니터링 플랫폼은 미세먼지 정보 데이터에 포함된 정보를 제공하는 API를 포함할 수 있다. 예를 들어, 미세먼지 정보제공 모니터링 플랫폼은 미세먼지 정보 데이터에 포함된 정보를 제공하는 REST API를 포함할 수 있다.
미세먼지 정보를 제공받고자 하는 사용자는 미세먼지 정보제공 모니터링 플랫폼에 대응되는 어플리케이션을 통해 미세먼지 농도 정보(예를 들어, 측정 농도, 측정 위치, 측정 시간 등)를 수신할 수 있다. 여기서, 미세먼지 정보를 제공받고자 하는 사용자는 필요에 따라 범위가 제한되거나 제한되지 않을 수 있다.
유지보수 모니터링 플랫폼은 설비 운영 정보 데이터를 이용하여 미세먼지 저감장치(10)를 원격으로 모니터링 및 제어할 수 있다. 유지보수 모니터링 플랫폼은 설비 운영 정보 데이터에 포함된 정보를 제공할 수 있다.
유지보수 모니터링 플랫폼은 미세먼지 저감장치(10)의 운영 정보 또는 설비 운영 정보 데이터에 포함된 정보를 제공하는 API를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유지보수 모니터링 플랫폼은 설비 운영 정보 데이터에 포함된 정보를 제공하는 REST API를 포함할 수 있다.
미세먼지 저감장치(10)는 유지보수 모니터링 플랫폼에 대응되는 어플리케이션을 통해 원격으로 모니터링 및 제어될 수 있다. 유지보수 모니터링 플랫폼은 허가된 사용자에 한하여 접근할 수 있으며, 허가된 사용자는 예를 들어, 미세먼지 저감장치(10)의 관리자 내지는 유지보수 담당자를 포함할 수 있다.
10: 미세먼지 저감장치 20: 게이트웨이
30: 서버 110: 유입부
120: 제1 미세먼지 측정부 130: 집진부
131: 필터 132: 압축공기 분사기
133: 진동 발생기 134: 기압 측정기
140: 먼지 수납부 141: 먼지 수납함
142: 적재량 센서 150: 제2 미세먼지 측정부
160: 토출부 170: 제어부
180: 통신부 210: 컨버터
310: 모니터링 플랫폼

Claims (10)

  1. 외부로부터 흡입된 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정하고, 상기 유입 기체에 포함된 미세먼지를 제거하는 미세먼지 저감장치;
    TLV(Time Length Value) 포맷 데이터 및 JSON(JavaScript Object Notation) 포맷 데이터를 상호 변환할 수 있는 게이트웨이; 및
    서버;를 포함하되,
    상기 미세먼지 저감장치는
    상기 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정하는 제1 미세먼지 측정부;
    상기 유입 기체에 포함된 미세먼지를 제거하는 집진부; 및
    TLV 포맷으로 데이터 구조화된 상기 미세먼지 농도 및 상기 미세먼지 저감장치가 설치된 위치를 포함하는 미세먼지 정보 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하는 통신부;를 포함하고,
    상기 서버는 상기 게이트웨이에서 JSON 포맷으로 변환된 상기 미세먼지 정보 데이터를 모니터링 플랫폼을 통해 외부 단말 장치로 제공하며,
    상기 미세먼지 저감장치는 상기 집진부를 통과하여 미세먼지가 제거된 토출 기체의 미세먼지 농도를 측정하는 제2 미세먼지 측정부를 더 포함하고,
    상기 집진부는
    상기 유입 기체의 미세먼지를 포집하는 필터;
    상기 필터를 통과하는 기체의 압력인 필터 통과 공기압을 측정하는 기압 측정기; 및
    상기 토출 기체의 미세먼지 농도가 미리 정해진 미세먼지 기준값보다 크거나, 상기 필터 통과 공기압이 미리 정해진 공기압 기준값보다 큰 경우, 상기 필터에 압축공기를 분사하는 압축공기 분사기;를 포함하는, 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 미세먼지 기준값은
    상기 압축공기 분사기가 상기 필터에 압축공기를 N-1 회차에 분사한 직후 측정된 상기 토출 기체의 미세먼지 농도 대비 상기 압축공기 분사기가 상기 필터에 압축공기를 N 회차에 분사한 직후 측정된 상기 토출 기체의 미세먼지 농도의 증가율을 기초로 증가되는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공기압 기준값은
    상기 압축공기 분사기가 상기 필터에 압축공기를 N-1 회차에 분사한 직후 측정된 상기 필터 통과 공기압 대비 상기 압축공기 분사기가 상기 필터에 압축공기를 N 회차에 분사한 직후 측정된 상기 필터 통과 공기압의 증가율을 기초로 증가되는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 집진부는
    상기 토출 기체의 미세먼지 농도가 상기 미세먼지 기준값보다 크거나, 상기 필터 통과 공기압이 상기 공기압 기준값보다 큰 경우, 상기 필터를 진동 시키는 진동 발생기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 미세먼지 저감장치는
    상기 필터로부터 분리된 미세먼지를 수납하는 먼지 수납함; 및
    상기 먼지 수납함에 적재된 미세먼지의 적재량을 측정하는 적재량 센서;를 포함하는 먼지 수납부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는 TLV 포맷으로 데이터 구조화된 설비 운영 정보 데이터를 상기 게이트웨이로 전송하며,
    상기 서버는 상기 게이트웨이에서 JSON 포맷으로 변환된 상기 설비 운영 정보 데이터를 상기 모니터링 플랫폼을 통해 더 제공하고,
    상기 설비 운영 정보 데이터는 상기 토출 기체의 미세먼지 농도, 상기 미세먼지 기준값, 상기 필터 통과 공기압, 상기 공기압 기준값, 상기 필터의 설치 시기, 상기 필터의 남은 수명 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 필터의 남은 수명은
    상기 미세먼지 기준값 및 미리 정해진 미세먼지 한계값을 기초로 산출되는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 모니터링 플랫폼은 oneM2M 표준 프로토콜을 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세먼지 정보 제공 공기청정 시스템.
  10. 미세먼지 저감장치에서, 외부로부터 흡입된 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정하고, 상기 유입 기체에 포함된 미세먼지를 제거하는 단계;
    게이트웨이에서, TLV(Time Length Value) 포맷 데이터 및 JSON(JavaScript Object Notation) 포맷 데이터를 상호 변환하는 단계; 및
    서버에서, 미세먼지 정보 데이터를 모니터링 플랫폼을 통해 외부 단말 장치로 제공하는 단계를 포함하되,
    상기 미세먼지를 제거하는 단계는
    제1 미세먼지 측정부를 이용하여, 상기 유입 기체의 미세먼지 농도를 측정하는 단계;
    집진부를 이용하여, 상기 유입 기체에 포함된 미세먼지를 제거하는 집진 단계; 및
    TLV 포맷으로 데이터 구조화된, 상기 미세먼지 농도 및 상기 미세먼지 저감 장치가 설치된 위치를 포함하는 상기 미세먼지 정보 데이터를 통신부를 이용하여 상기 게이트웨이로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 모니터링 플랫폼을 통해 제공되는 상기 미세먼지 정보 데이터는 상기 변환하는 단계를 통해 TLV 포맷에서 JSON 포맷으로 변환된 데이터를 포함하며,
    상기 미세먼지를 제거하는 단계는
    제2 미세먼지 측정부를 이용하여, 상기 집진부를 통과하여 미세먼지가 제거된 토출 기체의 미세먼지 농도를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 집진부를 이용한 상기 집진 단계는
    필터를 이용하여 상기 유입 기체의 미세먼지를 포집하는 단계;
    기압 측정기를 이용하여 상기 필터를 통과하는 기체의 압력인 필터 통과 공기압을 측정하는 단계; 및
    상기 토출 기체의 미세먼지 농도가 미리 정해진 미세먼지 기준값보다 크거나, 상기 필터 통과 공기압이 미리 정해진 공기압 기준값보다 큰 경우, 압축공기 분사기를 이용하여 상기 필터에 압축공기를 분사하는 단계;를 포함하는 미세먼지 정보 제공 공기청정 방법.
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