KR102451787B1 - 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치 - Google Patents

굴뚝 내 미세먼지 측정 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102451787B1
KR102451787B1 KR1020200182926A KR20200182926A KR102451787B1 KR 102451787 B1 KR102451787 B1 KR 102451787B1 KR 1020200182926 A KR1020200182926 A KR 1020200182926A KR 20200182926 A KR20200182926 A KR 20200182926A KR 102451787 B1 KR102451787 B1 KR 102451787B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fine dust
chimney
measuring
unit
constant velocity
Prior art date
Application number
KR1020200182926A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220092683A (ko
Inventor
김근식
Original Assignee
주식회사 정엔지니어링
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 정엔지니어링 filed Critical 주식회사 정엔지니어링
Priority to KR1020200182926A priority Critical patent/KR102451787B1/ko
Publication of KR20220092683A publication Critical patent/KR20220092683A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102451787B1 publication Critical patent/KR102451787B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G01N15/0211—Investigating a scatter or diffraction pattern
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0096—Investigating consistence of powders, dustability, dustiness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/03—Electro-optical investigation of a plurality of particles, the analyser being characterised by the optical arrangement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/1738—Optionally different kinds of measurements; Method being valid for different kinds of measurement
    • G01N2021/1744—Optionally different kinds of measurements; Method being valid for different kinds of measurement either absorption or scatter

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100)가 개시된다. 상기 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100)는, 굴뚝 내 배출가스 시료를 등속으로 흡인하도록 구성되는 시료등속흡인부(10); 및 상기 흡인된 배출가스 시료에 기초하여, 광 산란 방식으로 미세먼지의 양을 측정하도록 구성되는 미세먼지 측정 챔버(30)를 포함할 수 있다.

Description

굴뚝 내 미세먼지 측정 장치{AN APPARATUS FOR MEASURING FINE PARTICULATE MATTER WITHIN A STACK}
본 발명은 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로는 광 산란 방식으로 굴뚝 내 미세먼지를 측정함에 있어 고온에서도 발광, 수광 및 광 검출을 가능하게 하고, 높은 수분으로 인한 입자상 물질의 과포화 및 수분 응축의 문제를 해결하며, 내부 먼지의 부착 문제를 해결함으로써 미세먼지 측정의 정확도를 개선할 수 있는 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치에 관한 발명이다.
일반적으로 화석 연료를 태워서 그 화력으로 발전하는 화력 발전소, 산업 폐기물이나 일반 생활 쓰레기를 소각 처리하는 소각장 등에서는 인체에 유해한 다양한 종류의 배출가스가 배출된다. 이러한 유해 물질은 입자상 물질, 할로겐족가스와, 질소산화물, 아황산가스, 일산화탄소, 염화수소, 암모니아, 등의 연소 가스를 포함할 수 있다. 이와 같은 유해 물질은 인체에 흡수된 후에 축적이 되면 각종 질병을 유발할 뿐만 아니라 자연 환경에도 나쁜 영향을 미치는 것으로 각종 조사 및 실험을 통해 입증되고 있다.
이러한 이유로 전세계적으로 소각장 및 화석 연료를 사용하는 사업장의 경우에는 강력한 법에 의해 유해 물질의 배출량을 규제 받고 있으며, 국내에서도 환경부 고시를 통해서 배출가스에 포함되는 유해 물질의 배출량을 제한하고 있다.
여러 가지의 미세먼지 측정 방식 중에서 광 산란(light scattering) 방식을 활용한 미세먼지 측정 장치가 도 1에 도시된다. 도 1에 도시되는 미세먼지 측정 장치는 흡인된 미세먼지의 흐름을 좌측에서 우측으로 유도하면서 발광부(7)에서 출력된 광을 수광부(8)가 수신하고, 광 경로에 존재하는 미세먼지에 의해 산란된 광을 검출부(9)가 검출할 수 있다.
하지만, 도 1에 도시되는 바와 같은 미세먼지 측정 장치는 일반 대기에 포함되는 미세먼지의 양을 측정하는 장치에 해당하고 발광부(7), 수광부(8), 검출부(9)에 활용되는 센서가 상한 약 70℃의 동작 온도를 갖기 때문에, 이러한 장치를 이용해서는 일반적으로 100℃를 초과하는 굴뚝 배출가스 내 미세먼지를 측정하는 것이 불가능하다.
게다가, 도 1에 도시되는 미세먼지 측정 장치에서는, 특히 장치의 아래 쪽에 배치되는 수광부(8)에는 중력에 의해 부착 먼지가 고착될 수 있고, 이러한 부착 먼지는 미세먼지 측정 시 발생하는 오차의 주된 요인이 되고 있다.
따라서, 고온의 환경에서도 정상적인 동작이 가능할 뿐만 아니라, 많은 수분으로 인한 과포화 및 수분 응축의 문제를 해결하며, 내부 먼지의 부착 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 새로운 타입의 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치에 대한 필요가 당업계에서 점차 증가하고 있는 상황이다.
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 고온의 굴뚝 배출가스로부터 광 산란 방식을 활용하여 미세먼지의 양을 측정할 수 있는 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상당히 많은 양의 수분을 포함하는 굴뚝 배출가스에서 수분의 영향을 배제하도록 함으로써 미세먼지 측정의 정확도를 개선할 수 있는 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 미세먼지 측정 챔버 내에 먼지가 부착되지 않도록 함으로써 미세먼지 측정의 정확도를 개선할 수 있는 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치는, 굴뚝 내 배출가스 시료를 등속으로 흡인하도록 구성되는 시료등속흡인부; 및 상기 흡인된 배출가스 시료에 기초하여, 광 산란 방식으로 미세먼지의 양을 측정하도록 구성되는 미세먼지 측정 챔버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 시료등속흡인부의 후단에 결합되되, 상기 흡인된 배출가스 시료에서 미리 결정된 지름을 초과하는 먼지를 포집하여 분리하도록 구성되는 입경분리장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 미세먼지 측정 챔버는, 상기 미세먼지 측정 챔버를 향해 광을 조사하도록 구성되는 발광부; 및 상기 조사된 광이 상기 흡인된 배출가스 시료에 의해 산란된 광을 검출하도록 구성되는 검출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광부는, 발광 센서; 및 일단이 상기 발광 센서에 결합되고 타단이 상기 미세먼지 측정 챔버의 적어도 일부 영역에 결합되는 발광부 광섬유 유도관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출부는, 검출 센서; 및 일단이 상기 검출 센서에 결합되고 타단이 상기 미세먼지 측정 챔버의 적어도 일부 영역에 결합되는 검출부 광섬유 유도관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 미세먼지 측정 챔버의 배출구 방향으로 클린 에어(clean air)를 분사하도록 구성되는 클린 에어 공급부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 클린 에어 공급부는, 상기 입경분리장치로부터 배출가스 시료의 유입을 차단하도록 구성되는 교정 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 입경분리장치에서의 등속흡인유량 및 상기 클린 에어 공급부에서의 클린에어유량에 기초하여, 상기 미세먼지 측정 챔버의 내부 공간에 유체 흐름을 구현하도록 구성되는 시료등속흡인제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 미세먼지 측정 챔버는, 상기 미세먼지 측정 챔버의 내부 공간을 미리 결정된 온도로 가열하도록 구성되는 히터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡인된 배출가스 시료는 상기 미세먼지 측정 챔버에서 중력 방향을 따라 배출구로 유도되고, 상기 발광부 및 상기 검출부 각각은 상기 미세먼지 측정 챔버의 적어도 일부 영역에 대해 경사지게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치에 의하면, 고온의 굴뚝 배출가스로부터 광 산란 방식을 활용하여 미세먼지의 양을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치에 의하면, 상당히 많은 양의 수분을 포함하는 굴뚝 배출가스에서 수분의 영향을 배제하도록 함으로써 미세먼지 측정의 정확도를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치에 의하면, 미세먼지 측정 챔버 내에 먼지가 부착되지 않도록 함으로써 미세먼지 측정의 정확도를 개선할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 일반 대기에 포함되는 미세먼지의 양을 측정하는 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2a, 도 2b 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100)의 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100)의 구성도이다. 도 2a에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100)는 시료등속흡인부(10), 입경분리장치(20), 미세먼지 측정 챔버(30), 전처리부(50), 가스측정부(60), 시료등속흡인제어부(70) 등으로 구성될 수 있다. 참고로, 도 2a에 도시되는 엘리먼트(10, 20, 30, 50, 60, 70)는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100)의 동작, 기능 등을 설명하기 위한 예시적인 엘리먼트에 해당하며, 따라서 도 2a에 도시되지 않은 추가의 엘리먼트(예를 들어, 전원부, 알람부, 모니터링부, 통신부 등)이 더 구비될 수 있음은 명백할 것이다.
시료등속흡인부(10)는 굴뚝 내 배출가스 시료를 등속으로 흡인하도록 구성될 수 있다. 시료등속흡인부(10)의 적어도 일부 영역은 굴뚝(1) 내에 배치되어, 굴뚝(1) 내 배출가스 시료를 채취할 수 있다. 참고로, 미세먼지의 측정을 위해 배출가스 시료를 채취함에 있어 등속(isokinetic) 흡인이 매우 중요한데, 왜냐하면 배출가스를 채취함에 있어 배출가스 유속보다 더 빠른 속도로 흡인하게 되면 주변의 미세먼지를 우선 흡인하게 되어 결과치가 실제보다 더 낮은 농도로 나타나게 되고, 배출가스 유속보다 더 낮은 속도로 흡인하게 되면 관성력에 의해 큰 입자가 우선 흡인하게 되어 결과치가 실제보다 더 높은 농도로 측정되기 때문이다. 시료등속흡인부(10)에서의 이러한 등속흡인유량조건은 컨트롤러(미도시)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 시료등속흡인제어부(70)가 제어 밸드(72) 및/또는 흡인 펌프(73)를 제어함으로써 구현될 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 보다 상술하기로 한다.
참고로, 도 2a에 도시되는 바와 같이 적어도 일부 영역이 굴뚝(1)의 내부에 배치되는 시료등속흡인부(10)와는 대조적으로, 나머지 엘리먼트들, 즉 입경분리장치(20), 미세먼지 측정 챔버(30), 클린 에어 공급부(40, 도 3 참조), 전처리부(50), 가스측정부(60), 시료등속흡인제어부(70) 등은 굴뚝(1) 외부에 배치될 수 있다. 특히, 입경분리장치(20) 및 미세먼지 측정 챔버(30)가 굴뚝(1) 외부에 배치됨으로써 미세먼지의 연속적인 측정을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 시료등속흡인부(10)를 보다 구체적으로 기술하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료등속흡인부(10)는 굴뚝 내 배출가스 시료를 등속으로 흡인하도록 구성될 수 있으며, 도 2a에 도시되는 바와 같이 흡인관(11)과, 피토관(12)과 온도계(13)와, 가열 장치(14) 등으로 구성될 수 있다.
참고로, 배출가스 내 미세먼지 등의 입자성 물질을 분석하고 측정하기 위해서는 대기 환경(ambient atmosphere)이 아닌 굴뚝(1) 등 배출 원점에서 배출가스를 직접 채취하는 것이 바람직한데, 이는 굴뚝(1) 내 배출가스의 미세먼지 밀도 조건이 미세먼지 밀도가 균일한 일단 배기와는 매우 상이하기 때문이다. 따라서, 굴뚝(1) 등 배출 원점에서 벗어난 배출가스는 일반 대기와 혼합되어 밀도가 낮아지므로 배출가스가 일반 대기와 혼합되기 이전에 굴뚝(1) 등의 배출 원점에서 배출가스 시료를 채취하는 것이 보다 바람직하다.
도 2a에서는 굴뚝(1) 내 배출가스 유속을 측정하기 위한 엘리먼트로서 국내공정시험법의 기준에 부합하는 피토관(12; pitot tube)을 예시적으로 도시한다. 참고로, 피토관(12)은 흐르는 유체 내부에 설치되어 유체의 속도를 측정하도록 구성되는 장치로서, 피토관(12) 내/외부의 압력 차이가 유체 속도의 제곱과 비례하는 법칙, 즉 베르누이의 법칙(Bernoulli's equation)에 따라 유체의 속도를 구할 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 피토관(12)을 대체하여 굴뚝용 질량 유량계(MFM; mass flow meter)를 활용하여 굴뚝(1) 내 배출가스 유속을 측정하는 것도 또한 가능하다.
흡인관(11)은 그 일단에 굴뚝(1) 내 적어도 일부 영역에 배치되는 흡인 노즐(11a)이 구비되고 그 타단이 입경분리장치(20)와 결합되며, 흡인관(11)을 통해 등속 흡인된 배출가스 시료가 입경분리장치(20)로 전달될 수 있다. 여기서, 흡인 노즐(11a)의 단면적은 입경분리장치(20)에 필요한 등속흡인유량으로 배출가스 시료를 흡인할 수 있도록 치수 설계되는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 굴뚝(1)의 설계 용량, 굴뚝(1)의 가동 정보(유량, 유속 등), 등에 기초하여 입경분리장치(20)가 필요로 하는 등속흡인유량으로 배출가스 시료를 등속 흡인할 수 있도록 흡인 노즐(11a)의 단면적이 결정될 수 있고, 예를 들어 굴뚝(1) 내 배출가스 유속이 변화함에 따라 컨트롤러(미도시)는 슬라이딩 액츄에이터(미도시)를 활용하여 노브(미도시)를 슬라이딩 이동시킴으로써 흡인 노즐(11a)의 노출 단면적으로 가변적으로 변화시켜 입경분리장치(20)가 필요로 하는 등속흡인유량을 구현할 수 있다. 예를 들어 입경분리장치(20)가 PM10 임팩터(impactor) 및 PM2.5 임팩터로 구성되는 캐스케이드-임팩터(cascade impactor)로 구현되는 경우에 그러한 캐스케이드-임팩터에 필요한 등속흡인유량은 16.67 ℓ/min일 수 있으며, 이하에서 본 발명의 용이한 이해를 위해서 입경분리장치(20)가 필요로 하는 등속흡인유량은 16.67 ℓ/min으로 예시하기로 한다.
여기서, 노즐제어장치는 (i) 굴뚝(1) 내 수분량, (ii) 배출가스 밀도, (iii) 유속, (iv) 건조배출가스 유량 등의 데이터를 통해 등속흡인유량을 위해 필요한 흡인 노즐(11a)의 노출 단면적에 관한 정보를 획득할 수 있고, 필요한 흡인 노즐(11a)의 노출 단면적에 기초하여 노브의 슬라이딩 이동 거리를 산출하여 노브의 슬라이딩 이동을 제어할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 용이한 이해를 위해 입경분리장치(20)가 PM10 임팩터와 PM2.5 임팩터가 직렬로 연결된 캐스케이드-임팩터임을 예시로 기술하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 입경분리장치(20)가 PM10 사이클론과 PM2.5 사이클론이 직렬로 연결된 캐스케이드-사이클론으로 구현될 수도 있고, 또는 PM10 임팩터(또는 사이클론)와 PM2.5 임팩터(또는 사이클론) 중 어느 하나만을 구비할 수도 있고, 또는 추가의 임팩터(또는 사이클론), 예를 들어 PM1.0 임팩터(또는 사이클론)가 더 구비될 수도 있다.
참고로, 임팩터는 입자의 관성충돌법칙을 활용하여 유체흐름방향을 급격하게 변화시킬 경우 무거운 입자는 중력과 관성력에 의해 직진성을 갖고 포집관에 출동하여 포집됨에 반해 가벼운 입자는 유체와 함께 진행하는 원리를 이용하므로 유체의 인입 속도, 장치 구조, 치수 설계, 등이 매우 중요하다.
따라서, 본 발명에 따르면 굴뚝(1)의 설계 용량 등에 기초하여 입경분리장치(20)가 필요로 하는 등속흡인유량으로 배출가스 시료를 등속 흡인하도록 흡인 노즐(11a)의 단면적이 결정될 수 있고, 그에 따라 입경분리장치(221)에는 입경 분리에 필요한 등속흡인유량(예를 들어, 16.67 ℓ/min)이 안정적으로 공급될 수 있다.
가열 장치(14)는 흡인관(11) 외주면의 적어도 일부 영역을 감싸도록 구현될 수 있고, 배출가스 시료의 이송 중 수분의 응축을 방지하기 위해 열 공급원(미도시)으로부터의 열을 흡인관(11) 내의 배출가스 시료에 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 흡인관(11)의 길이 방향을 따라 적어도 일부 영역에, 보다 바람직하게는 굴뚝(1)의 내부 영역 및 외부 영역의 경계면 부근에 온도계(13)가 추가로 배치될 수 있으며, 온도계(13)는 흡인관(11)의 온도를 측정하여 다른 엘리먼트에, 예를 들어 컨트롤러(미도시)에 측정된 온도에 관한 값을 무선으로 또는 유선으로 송신할 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료등속흡인부(10)는, 보다 구체적으로 흡인 노즐(11a)을 통해 배출가스의 유속과 동일하게 등속 유량으로 배출가스 시료를 흡인함으로써 미세먼지 측정의 오차를 최소화할 수 있고, 여기서의 등속 유량은 입경분리장치(20)에 필요한 등속흡인유량에 해당하며, 흡인 노즐(11a)에서의 등속흡인유량조건은 시료등속흡인제어부(70)에 구비되는 제어 밸브(72)의 개폐 및/또는 흡인 펌프(73)의 압력 제어에 의해 구현될 수 있으며, 이는 컨트롤러로부터 출력되는 제어 신호에 기초할 수 있다.
예를 들어, 시료등속흡인제어부(70)에 구비되는 유량계(71)에 의해 측정되는 유량에 기초하여, 시료등속흡인제어부(70)에 구비된 흡인 펌프(73)가 일정한 파워를 출력하면서 제어 밸브(72)의 개폐를 제어함으로써, 또는 시료등속흡인제어부(70)에 구비된 흡인 펌프(73) 자체의 파워를 조절함으로써(이 경우, 제어 밸브(72)는 생략될 수 있음), 시료등속흡인부(10)에서의 등속 유량 채취를 구현할 수 있다. 추가로, 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 시료등속흡인부(10)에서의 등속 유량 채취를 구현하기 위해서, 시료등속흡인제어부(70)에 구비되는 유량계(71)에 의해 측정되는 유량에 기초하여 제어 밸브(72)의 개폐를 조절할 뿐만 아니라 동시에 흡인 펌프(73)의 펌프 압력을 조절하는 방식을 활용할 수도 있다.
여기서, 유량계(71)는 질량 유량계(MFM; mass flow meter)일 수 있는데, 질량(mass)은 다른 물리량으로부터 측정의 단위가 유도되지 않는 측정의 기준으로서 길이, 시간 등의 단위와 함께 모든 물리적 측정의 기초를 이루며, 질량 유량계는 이러한 불변성의 질량을 측정함으로써 복잡한 계산이 없고 유체 성질에 대한 보정이 없이 직선적이라는 이점이 있다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 유량계(71)는 디지털 모드 또는 아날로그 모드로 동작하도록 구현될 수 있고, 디지털 모드와 아날로그 모드 사이에서 동작 모드가 전환될 수도 있으며, 그러한 동작 모드의 전환은 컨트롤러(미도시)에 의해 구현될 수 있다.
시료등속흡인부(10)에 의한 시료 채취의 단계에서 배출가스 시료가 등속 유량으로 흡인되면, 그렇게 흡인된 배출가스 시료는 흡인관(11)을 통해 입경분리장치(20)로 전달될 수 있다.
입경분리장치(20)는 시료등속흡인부(10)의 후단에 결합되어 흡인된 배출가스 시료에서 미리 결정된 지름을 초과하는 먼지(또는 입자)를 포집하여 분리할 수 있고, 측정하고자 하는 입자성 물질에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들어 미세먼지를 측정하는 경우 입경분리장치(20)로서 입자의 관성력을 이용하는 임팩터(impactor)와, 입자의 원심력을 이용하는 사이클론(cyclone)이 활용될 수 있다. 또한, 측정하고자 하는 입경의 크기에 따라 PM10, PM2.5 등의 선택이 가능하며, 이하의 본 명세서에서는 본 발명의 용이한 이해를 위해서 입경분리장치(20)가 PM10 임팩터와 PM2.5 임팩터가 직렬로 연결되는 캐스케이스-임팩터로 구현되는 것으로서 예시적으로 기술하기로 한다.
참고로, 임팩터는 입자의 관성충돌법칙을 활용하여 유체흐름방향을 급격하게 변화시킬 경우 무거운 입자는 중력과 관성력에 의해 직진성을 갖고 포집관에 출동하여 포집됨에 반해 가벼운 입자는 유체와 함께 진행하는 원리를 이용하므로 유체의 인입 속도, 장치 구조, 치수 설계, 등이 매우 중요하다.
미세먼지 측정 챔버(30)는 시료등속흡인부(10)에 의해 흡인된 배출가스 시료에 기초하여, 보다 구체적으로는 입경분리장치(20)에 의해 미리 결정된 지름을 초과하는 입자가 분리된 배출가스 시료에 기초하여, 광 산란 방식(light scattering method)으로 미세먼지의 양을 측정하도록 구성될 수 있다.
참고로, 광 산란 방식에 의한 미세먼지 측정은, 먼지를 포함하고 있는 굴뚝 배출가스에 광을 조사하면 먼지로부터 산란광이 발생하고, 여기서 산란광의 광도는 먼지 성상의 크기, 상대 굴절률 등에 따라 변화하지만 이들 조건이 동일하다면 먼지 농도에 비례한다는 원리에 기초하는 것이다. 이와 같은 광 산란 방식 기반의 미세먼지 측정을 가능하게 하기 위해서, 도 2a에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 측정 챔버(30)는 발광부(31)와, 수광부(32)와, 검출부(33) 등을 포함할 수 있다.
발광부(31)는 미세먼지 측정 챔버(30)를 향해 광을 조사하도록 구성될 수 있다. 발광부(31)에 의해 조사되는 광은, 예를 들어 레이저 광, LED 광 등으로 구현될 수 있다. 발광부(31)는 발광 센서(31-1)를 포함할 수 있고, 발광 센서(31-1)는 발진부와 집속부로 구성될 수 있다. 전자 회로로 구현되는 발광 센서(31-1)가 고온(예를 들어, 100℃ 이상)에 직접 노출되면 동작이 불가능하기 때문에, 도 1에 도시되는 일반 대기용의 미세먼지 측정 장치와 대조적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광부(31)는 발광 센서(31-1)가 고온 환경에 직접 노출됨이 없이(즉, 은폐하여) 배치되는 것을 특징으로 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광부(31)는, 일단이 발광 센서(31-1)에 결합되고 타단이 미세먼지 측정 챔버(30)의 적어도 일부 영역에 결합되는 발광부 광섬유 유도관(31-2)을 더 포함할 수 있다. 광 신호는 발광부 광섬유 유도관(31-2)을 통해 전달되지만 열은 유리섬유의 소재 특성으로 인해 차단되기 때문에, 고온의 환경에서도 발광 센서(31-1)가 정상적으로 동작할 수 있다.
참고로, 본 발명에서 발광 센서(31-1)가 고온에 직접 노출되지 않도록 하면서 센싱 동작은 그대로 유지할 수 있도록 하기 위해 활용되는 발광부 광섬유 유도관(31-2)은 코어(core), 클레딩(cladding) 및 버퍼코팅(buffer coating)의 3가지 요소로 구성될 수 있다. 또한, 광섬유의 종류로서, 광섬유의 코어 직경이 9 um인 것을 단일모드 광섬유(SMF; single-mode fiber)와, 광섬유의 코어 직경이 125 um인 것을 다중모드 광섬유(MMF; multi-mode fiber)로 구분될 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광부 광섬유 유도관(31-2)으로서 SMF와 MMF 모두 활용될 수 있다.
또한, 수광부(32)는, 발광부(31)에서 조사된 광의 적어도 일부를 수신하도록 구성될 수 있다. 수광부(32)는 수광 센서(32-1)를 포함할 수 있으며, 전자 회로로 구현되는 수광 센서(32-1)가 고온(예를 들어, 100℃ 이상)에 직접 노출되면 동작이 불가능하기 때문에, 도 1에 도시되는 일반 대기용의 미세먼지 측정 장치와 대조적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 수광부(32)는 수광 센서(32-1)가 고온 환경에 직접 노출됨이 없이 배치되는 것을 특징으로 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 수광부(32)는, 일단이 수광 센서(32-1)에 결합되고 타단이 미세먼지 측정 챔버(30)의 적어도 일부 영역에 결합되는 수광부 광섬유 유도관(32-2)을 더 포함할 수 있다. 광 신호는 수광부 광섬유 유도관(32-2)을 통해 전달되지만 열은 유리섬유의 소재 특성으로 인해 차단되기 때문에, 고온의 환경에서도 수광 센서(32-1)가 정상적으로 동작할 수 있다.
검출부(33)는 발광부(31)에서 조사된 광이 흡인된 배출가스 시료에 의해 산란된 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 참고로, 검출부(33)에 의해 검출된 산란 광은 전기적 신호로 변환되어, 미세먼지의 양을 계산하는 데에 활용될 수 있다. 예를 들어, 산란 광의 광도가 높으면 미세먼지의 농도가 높다는 것을 나타내고, 산란 광의 광도가 낮으면(즉, 산란이 미미하면) 미세먼지의 농도가 낮다는 것을 나타낸다.
또한, 검출부(33)는 검출 센서(33-1, 예를 들어 포토다이오드 등)를 포함할 수 있으며, 전자 회로로 구현되는 검출 센서(33-1)가 고온(예를 들어, 100℃ 이상)에 직접 노출되면 동작이 불가능하기 때문에, 도 1에 도시되는 일반 대기용의 미세먼지 측정 장치와 대조적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부(33)는 검출 센서(33-1)가 고온 환경에 직접 노출됨이 없이 배치되는 것을 특징으로 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부(33)는, 일단이 검출 센서(33-1)에 결합되고 타단이 미세먼지 측정 챔버(30)의 적어도 일부 영역에 결합되는 검출부 광섬유 유도관(33-2)을 더 포함할 수 있다. 광 신호는 검출부 광섬유 유도관(33-2)을 통해 전달되지만 열은 유리섬유의 소재 특성으로 인해 차단되기 때문에, 고온의 환경에서도 검출 센서(33-1)가 정상적으로 동작할 수 있다.
참고로, 도 2a에는 명시적으로 도시되지 않지만, 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 각각의 센서(31-1, 32-1, 33-1)와 각각의 광섬유 유도관(31-2, 32-2, 33-2) 사이에는 스판 필터(span filter)가 추가로 구비될 수 있고, 그에 따라 각 센서(31-1, 32-1, 33-1)가 감지할 수 있는 최대 값을 보정하는 것이 가능하다.
도 2a에 도시되는 바와 같이, 발광부(31), 수광부(32) 및 검출부(33) 중 적어도 하나는 미세먼지 측정 챔버(30)의 길이 방향에 대해 경사지게 배치될 수 있고, 그 경사도는 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 또한, 도 2a에서는 검출부(33)가 발광부(31)와 대향하게 그리고 수광부(32)의 상측에 배치되는 구성을 예시적으로 도시하지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 검출부(33)가 수광부(32)와 대향하게 그리고 발광부(31)의 하측에 배치될 수도 있거나(예를 들어, 도 2b에 도시되는 바와 같이), 또는 검출부(33)가 수광부(32)보다 더 아래 쪽에 배치될 수도 있다. 참고로, 컨트롤러(미도시)는 검출되는 산란 광의 양에 기초하여 미세먼지의 양을 판단할 수 있는데, 이때 검출부(33)의 배치 위치, 이격 거리 등을 포함하는 검출 환경을 추가로 고려할 수 있다.
또한, 굴뚝 배출가스에는 상당한 양의 수분을 함유하고 있는데, 이러한 다량의 수분은 100℃ 이하의 온도에서는 물로 응축되게 되고, 응축된 물은 미세먼지 측정에 있어 추가적인 질량 농도로 작용하게 되어 광 산란 방식의 미세먼지 측정에 있어 심각한 오차의 원인이 된다. 게다가, 수분을 포함하는 입자상 물질이 과포화되어 발광부(31)에 노출되는 광학 직경을 증가시켜 실제 질량보다 더 많은 측정치를 반영하게 되는 미세먼지 측정의 주된 오차의 원인이 되고 있다. 굴뚝 내 미세먼지 측정의 심각한 오차의 원인이 되는 이러한 고-수분 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 추가 실시예에 따른 미세먼지 측정 챔버(30)는 미세먼지 측정 챔버(30)의 내부 공간을 미리 결정된 온도로 가열하도록 구성되는 히터(34; heater)를 더 포함할 수 있다.
히터(34)는 미세먼지 측정 챔버(30)의 내부 공간을 미리 결정된 온도(예를 들어, 120 ±14℃, 참고: 공정시험법에 따름)로 가열하도록 구성될 수 있고, 본 발명에 따른 미세먼지 측정 챔버(30)는 히터(34)의 가열 동작 등을 제어하기 위한 히터 제어기(35)를 더 구비할 수 있다. 따라서, 배출가스 시료에 포함되어 있는 수분을 가스화(즉, 베이퍼화)하여 발광부(31), 수광부(32), 검출부(33) 등에서의 측정 오차를 최소화할 수 있다. 참고로, 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 수분의 가스화에 따라 유량 산출 시에는 별도로 측정된 수분 값을 보정하는 것도 또한 가능하다.
전처리부(50)는 미세먼지 측정 챔버(30)로부터 출력되는 배출 가스에 포함되는 수분을 제거하는 기능을 수행할 수 있고, 그에 따라 배출가스 진행 방향 후단에 배치되는 가스측정부(60) 및 시료등속흡인제어부(70)를 보호할 수 있다.
보다 구체적으로, 전처리부(50)는 냉각기(51)와 배출 펌프(52)로 구성될 수 있다. 전처리부(50)는 가스측정부(60) 및/또는 시료등속흡인제어부(70)에서의 정상적인 측정 및/또는 제어 동작을 위한 전처리를 수행할 수 있으며, 예를 들어 전처리부(50)는 수분 제거를 구현할 수 있다.
예를 들어, 가스측정부(60)에서 배출가스 성분을 측정하기 위해서 가스 센서를 사용할 수 있는데, 일반적으로 가스 센서는 수분에 매우 큰 영향을 받는다. 따라서, 수분에 의한 가스 센서의 측정 오차 및 고장을 감소시키기 위해서 전처리부(50)는 미세먼지 측정 챔버(30)에서 출력되는 배출가스의 수분을 제거할 수 있다. 수분이 다수 함유된 배출가스가 냉각기(51)를 통과하면 수분이 응축되면서 물로 변환되고, 변환된 물은 배출 펌프(52)를 통해 외부로 배출됨으로써 배출가스로부터 수분이 효과적으로 제거될 수 있다.
참고로, 전처리부(50)는 유체가 온도에 따라 포화수증기량이 많은 차이를 나타낸다는 원리를 이용하는 것으로서, 실제로 99℃에서의 포화수증기량이 596g/m3이지만 10℃에서의 포화수증기량은 2.25g/m3로 급격하게 감소하여 온도를 급강하시키면 고온에 포함된 수분이 바로 응축되도록 함으로써 수분으로 용이하게 분리할 수 있다. 분리된 수분은 배출 펌프(52)를 통해서 외부로 배출됨으로써 배출가스에서의 수분이 효과적으로 제거될 수 있다.
가스측정부(60)는 가스, 예를 들어 산소(O2), 이산화탄소(CO2) 등의 가스를 측정할 수 있다. 이를 위해, 가스측정부(60)는 산소 센서(61), 이산화탄소 센서(62) 등을 포함할 수 있다. 참고로, 가스측정부(60)는 다양한 종류의 가스 센서를 구비할 수 있는데, 본 명세서에서는 산소 센서(61)와 이산화탄소 센서(62)를 예시적으로 기술하기로 한다.
산소 센서(61)는 배출가스 내의 산소를 측정하기 위한 장치에 해당하고, 이산화탄소 센서(62)는 배출가스 내의 이산화탄소를 측정하기 위한 장치에 해당한다. 참고로, 가스측정부(60)의 전단에서 전처리부(50)에 의해서 수분 제거가 수행되므로, 산소 센서(61), 이산화탄소 센서(62) 등의 센서는 대상 가스의 수분이 제거될지라도 제거 이전과 측정 오차가 발생하지 않는 가스의 특성에 부합하는 센서 장치로서 구현될 수 있다.
시료등속흡인제어부(70)는 시료등속흡인부(10)에서의 등속흡인유량조건을 충족하도록 밸브 개폐, 펌프 압력 등을 제어할 수 있고, 이는 컨트롤러(미도시)로부터 출력되는 제어 신호에 기초할 수 있다.
보다 구체적으로, 시료등속흡인제어부(70)에 구비된 유량계(71)에 의해 측정되는 유량에 기초하여, 시료등속흡인제어부(70)에 구비된 흡인 펌프(73)가 일정한 파워를 출력하면서 제어 밸브(72)의 개폐를 제어함으로써, 또는 시료등속흡인제어부(70)에 구비된 흡인 펌프(73) 자체의 파워를 조절함으로써(이 경우, 제어 밸브(72)는 생략될 수 있음) 시료등속흡인부(10)에서의 등속 유량 채취를 구현할 수 있다.
추가로, 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 시료등속흡인부(10)에서의 등속 유량을 구현하기 위해서, 시료등속흡인제어부(70)에 구비된 유량계(71)에 의해 측정되는 유량에 기초하여 제어 밸브(72)의 개폐를 조절하는 동시에 흡인 펌프(73)의 압력을 조절하는 방식을 활용할 수도 있다.
여기서, 유량계(71)는 질량 유량계일 수 있고, 또는 전처리부(50)에서 가스의 수분이 제어되므로 상대적으로 가격이 저렴한 건식 유량계가 대체로 활용될 수도 있다.
또한, 컨트롤러는 시료등속흡인부(10)에서의 등속흡인유량, 입경분리장치(20)에서의 등속흡인유량 등이 충족될 수 있도록 밸브 개폐 제어, 펌프 압력 제어 등을 수행할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 다양한 구현예에 따라 또는 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(micro-controller), 프로세서(processor), 마이크로프로세서(micro-processor) 등의 다른 장치 타입으로도 구현될 수 있다.
도 2에 도시되는 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100)는 시료등속흡인부(10)에 의해 등속 흡인되고 입경분리장치(20)에 의해 입자가 분리된 배출가스가 미세먼지 측정 챔버(30)에서 중력 방향을 따라 배출구로 유도되기 때문에, 이러한 구성은 배출가스가 중력 방향과 수직하게(예를 들어, 도 1의 장치와 같이 좌측에서 우측으로) 유도되는 구성과 비교하여 내부 먼지가 발광부(31), 수광부(32) 및 검출부(33)의 노출부에 덜 부착될 수 있다. 하지만, 굴뚝 배출가스에는 미세먼지의 양이 일반 대기와 비교하여 상당히 많고 고착성이 더 강한 성질을 가지고 있기 때문에, 배출가스 시료가 중력 방향과 수직하게 흐르도록 하는 구성을 활용하여도 여전히 부착 먼지로 인한 오차 문제를 완전하게 해결할 필요가 있다.
이러한 부착 먼지 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 추가 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100)는 클린 에어(clean air)를 추가로 활용하는 것을 특징으로 하며, 이러한 구성이 도 3에 도시된다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 추가 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100)는 미세먼지 측정 챔버(30)의 배출구 방향으로 클린 에어를 분사하도록 구성되는 클린 에어 공급부(40)를 더 포함할 수 있다. 즉, 클린 에어 공급부(40)를 통해 클린 에어(또는 클린 가스)를 미세먼지 측정 챔버(30)의 배출구 방향으로 분사함으로써 각 광섬유 유도관(31-2, 32-2, 33-2)의 노출부 오염을 방지할 수 있다.
클린 에어 공급부(40)가 발광부(31), 수광부(32) 및 검출부(33)의 오염 방지를 위해 미리 결정된 양의 클린 에어를 각각 분사하도록 구성될 수 있는데, 이하의 본 명세서에서 이러한 미리 결정된 양을 '클린에어유량'의 용어로 지칭하기로 한다. 예를 들어, 클린에어유량이 1 ℓ/min라고 가정하면, 발광부(31), 수광부(32) 및 검출부(33)의 오염 방지를 위한 총 클린에어유량은 3 ℓ/min에 해당한다.
그리고, 상기한 바와 같이 입경분리장치(20)에서의 등속흡인유량이 16.67 ℓ/min이라고 가정하면, 시료등속흡인제어부(70)는 유량계(71)에 의해 측정되는 유량에 기초하여 제어 밸브(72) 및/또는 흡인 펌프(73)를 제어함으로써 19.67 ℓ/min (= 16.67 ℓ/min + 3 ℓ/min)의 유량이 미세먼지 측정 챔버(30) 내부에 흐르도록 할 수 있다, 즉 시료등속흡인제어부(70)는 입경분리장치(20)에서의 등속흡인유량 및 클린 에어 공급부(40)에서의 클린에어유량에 기초하여 미세먼지 측정 챔버(30)의 내부 공간에 유체 흐름을 구현할 수 있다. 따라서, 미세먼지 측정 챔버(30) 내에 압력 차이 및 중력에 의해서 자연스러운 유체 흐름을 형성함으로써, 발광부(31), 수광부(32) 및 검출부(33)의 노출부에 먼지가 고착되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
참고로, 클린 에어 공급부(40) 내부에는 적어도 하나의 필터(미도시)가 구비되어, 외부 공기를 필터로 필터링함으로써 클린 에어를 생성할 수 있고, 이렇게 생성된 클린 에어가 미세먼지 측정 챔버(30)에 전달될 수 있다.
또한, 클린 에어 공급부(40) 내부에는 가열 장치(미도시)가 추가로 구비될 수 있고, 가열 장치는 클린 에어를 소정의 온도, 예를 들어 120 ±14℃의 온도로 가열시킬 수 있으며, 그에 따라 클린 에어와 미세먼지 측정 챔버(30) 내의 미세먼지 시료 가스가 혼합될 때에 온도 차이로 인한 문제를 미리 방지할 수 있도록 한다.
추가로, 발광부(31), 수광부(32) 및 검출부(33)의 노출부에 먼지가 고착되는 것을 방지하기 위해서 클린 에어 공급부(40)로부터 클린 에어가 미세먼지 측정 챔버(30)로 공급되기 때문에, 클린 에어가 미세먼지 측정 값에 미치는 영향을 교정(calibrate)할 필요가 있다.
클린 에어의 교정을 위해 본 발명의 추가 실시예에 따른 클린 에어 공급부(40)는, 입경분리장치(20)로부터 배출가스 시료의 유입을 차단하도록 구성되는 교정 밸브(41)를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 컨트롤러는 교정 밸브(41)를 폐쇄함으로써 클린 에어 공급부(40)의 분기만을 활성화하고(즉, 시료 가스의 유입을 차단하고), 클린 에어만이 미세먼지 측정 챔버(30) 내부로 공급되는 경우에 미세먼지의 양을 측정함으로써, 미세먼지 측정의 교정 값(또는 기준 값, 또는 영점)을 획득할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러가 교정 밸브(41)를 폐쇄하고 시료등속흡인제어부(70)가 유량계(71)에 의해 측정되는 유량에 기초하여 제어 밸브(72) 및/또는 흡인 펌프(73)를 제어함으로써 3 ℓ/min의 클린에어유량을 갖는 클린 에어가 미세먼지 측정 챔버(30)로 유입되도록 할 때에 측정되는 미세먼지의 양이 “5”이고, 시료등속흡인제어부(70)가 유량계(71)에 의해 측정되는 유량에 기초하여 제어 밸브(72) 및/또는 흡인 펌프(73)를 제어함으로써 19.67 ℓ/min (= 16.67 ℓ/min + 3 ℓ/min)의 유량이 미세먼지 측정 챔버(30) 내부에 흐르도록 할 때에 측정되는 미세먼지의 양이 “100”이라고 가정하면, 클린 에어에 의한 기준 값 “5”가 실측 값 “100”에서 차감됨으로써 “95”의 정확한(즉, 교정된) 미세먼지 측정 값이 획득될 수 있다.
참고로, 이러한 클린 에어 분사에 따른 교정 작업은 주기적으로(예를 들어, 매일, 매주, 매월 등) 수행될 수 있거나, 또는 비-주기적으로 수행될 수도 있으며, 이는 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100)의 설치 환경, 운영/관리 지침 등에 의해 기초할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치에 의하면, 고온의 굴뚝 배출가스로부터 광 산란 방식을 활용하여 미세먼지의 양을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치에 의하면, 상당히 많은 양의 수분을 포함하는 굴뚝 배출가스에서 수분의 영향을 배제하도록 함으로써 미세먼지 측정의 정확도를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치에 의하면, 미세먼지 측정 챔버 내에 먼지가 부착되지 않도록 함으로써 미세먼지 측정의 정확도를 개선할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 시료등속흡인부 11: 흡인관
11a: 흡인 노즐 12: 피토관
13: 온도계 14: 가열 장치
20: 입경분리장치 30: 미세먼지 측정 챔버
31: 발광부 31-1: 발광 센서
31-2: 발광부 광섬유 유도관 32: 수광부
32-1: 수광 센서 32-2: 수광부 광섬유 유도관
33: 검출부 33-1: 검출 센서
33-2: 검출부 광섬유 유도관 34: 히터
35: 히터 제어기 40: 클린 에어 공급부
41: 교정 밸브 50: 전처리부
51: 냉각기 52: 배출 펌프
60: 가스측정부 61: O2센서
62: CO2센서 70: 시료등속흡인제어부
71: 유량계 72: 제어 밸브
73: 흡인 펌프 100: 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치

Claims (10)

  1. 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100)로서,
    굴뚝 내 배출가스 시료를 등속으로 흡인하도록 구성되는 시료등속흡인부(10);
    상기 흡인된 배출가스 시료에 기초하여, 광 산란 방식으로 미세먼지의 양을 측정하도록 구성되는 미세먼지 측정 챔버(30);
    상기 시료등속흡인부(10)의 후단에 결합되되, 상기 흡인된 배출가스 시료에서 미리 결정된 지름을 초과하는 먼지를 포집하여 분리하도록 구성되는 입경분리장치(20);
    상기 미세먼지 측정 챔버(30)의 배출구 방향으로 클린 에어(clean air)를 분사하도록 구성되는 클린 에어 공급부(40); 및
    상기 입경분리장치(20)에서의 등속흡인유량 및 상기 클린 에어 공급부(40)에서의 클린에어유량에 기초하여, 상기 미세먼지 측정 챔버(30)의 내부 공간에 유체 흐름을 구현하도록 구성되는 시료등속흡인제어부(70)를 포함하는,
    굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100).
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세먼지 측정 챔버(30)는,
    상기 미세먼지 측정 챔버(30)를 향해 광을 조사하도록 구성되는 발광부(31); 및
    상기 조사된 광이 상기 흡인된 배출가스 시료에 의해 산란된 광을 검출하도록 구성되는 검출부(33)를 포함하는,
    굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 발광부(31)는,
    발광 센서(31-1); 및
    일단이 상기 발광 센서(31-1)에 결합되고 타단이 상기 미세먼지 측정 챔버(30)의 적어도 일부 영역에 결합되는 발광부 광섬유 유도관(31-2)을 포함하는,
    굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 검출부(33)는,
    검출 센서(33-1); 및
    일단이 상기 검출 센서(33-1)에 결합되고 타단이 상기 미세먼지 측정 챔버(30)의 적어도 일부 영역에 결합되는 검출부 광섬유 유도관(33-2)을 포함하는,
    굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100).
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 클린 에어 공급부(40)는, 상기 입경분리장치(20)로부터 배출가스 시료의 유입을 차단하도록 구성되는 교정 밸브(41)를 포함하는,
    굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100).
  8. 삭제
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 미세먼지 측정 챔버(30)는, 상기 미세먼지 측정 챔버(30)의 내부 공간을 미리 결정된 온도로 가열하도록 구성되는 히터(34)를 더 포함하는,
    굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100).
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 흡인된 배출가스 시료는 상기 미세먼지 측정 챔버(30)에서 중력 방향을 따라 배출구로 유도되고,
    상기 발광부(31) 및 상기 검출부(33) 각각은 상기 미세먼지 측정 챔버(30)의 적어도 일부 영역에 대해 경사지게 배치되는,
    굴뚝 내 미세먼지 측정 장치(100).
KR1020200182926A 2020-12-24 2020-12-24 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치 KR102451787B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200182926A KR102451787B1 (ko) 2020-12-24 2020-12-24 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200182926A KR102451787B1 (ko) 2020-12-24 2020-12-24 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220092683A KR20220092683A (ko) 2022-07-04
KR102451787B1 true KR102451787B1 (ko) 2022-10-12

Family

ID=82399072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200182926A KR102451787B1 (ko) 2020-12-24 2020-12-24 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102451787B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100823947B1 (ko) 2007-07-18 2008-04-22 구성테크닉스 주식회사 유량 조절이 가능한 습식 먼지 측정 시스템
KR101250249B1 (ko) 2011-10-24 2013-04-03 한국과학기술연구원 배기가스에 포함된 입자상 물질의 채취 장치
KR102002967B1 (ko) 2017-09-05 2019-10-01 주식회사 정엔지니어링 흡인노즐에 단면적 조절장치가 부착된 배기가스 연속 등속 채취 장치와 이를 결합한 배기가스 미세먼지 연속자동측정 시스템
KR102060651B1 (ko) * 2019-02-22 2019-12-31 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 배출가스의 미세먼지 연속자동측정장치
KR102179129B1 (ko) 2019-12-24 2020-11-18 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102009958B1 (ko) * 2017-11-29 2019-08-12 한국기계연구원 먼지 측정장치
KR102191683B1 (ko) * 2019-03-25 2020-12-16 광주과학기술원 광섬유 기반 미세먼지 측정 파티클 카운팅 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100823947B1 (ko) 2007-07-18 2008-04-22 구성테크닉스 주식회사 유량 조절이 가능한 습식 먼지 측정 시스템
KR101250249B1 (ko) 2011-10-24 2013-04-03 한국과학기술연구원 배기가스에 포함된 입자상 물질의 채취 장치
KR102002967B1 (ko) 2017-09-05 2019-10-01 주식회사 정엔지니어링 흡인노즐에 단면적 조절장치가 부착된 배기가스 연속 등속 채취 장치와 이를 결합한 배기가스 미세먼지 연속자동측정 시스템
KR102060651B1 (ko) * 2019-02-22 2019-12-31 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 배출가스의 미세먼지 연속자동측정장치
KR102179129B1 (ko) 2019-12-24 2020-11-18 주식회사 정엔지니어링 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220092683A (ko) 2022-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102060651B1 (ko) 굴뚝 배출가스의 미세먼지 연속자동측정장치
US8351035B2 (en) Particulate detection and calibration of sensors
CN104897534A (zh) 湿烟气在线粉尘仪
KR102179129B1 (ko) 굴뚝 배출가스의 고정오염원 통합측정장치
KR101168948B1 (ko) 미세 먼지 및 초미세 먼지의 채취 및 측정 시스템
CN107741386B (zh) 管道颗粒在线检测装置及方法
JP2001330486A (ja) 予め定められた気体の流れの方向への気体の流れの速度を測定するための光フローセンサおよびその方法
JP6679569B2 (ja) 含塵工業オフガスの化学成分を分析するためのシステムおよび方法
TW201432632A (zh) 火災偵測技術
CN104457852A (zh) 一种固定燃烧源温室气体排放在线监测系统
KR102583791B1 (ko) 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치
JPH09257667A (ja) ダスト濃度測定装置
CN110018092A (zh) 一种燃气锅炉烟气颗粒物检测装置
KR102451787B1 (ko) 굴뚝 내 미세먼지 측정 장치
CN109211836A (zh) 插入式激光气体分析装置及方法
KR102073483B1 (ko) 미세입자 측정장치 및 측정방법
KR100637863B1 (ko) 희석을 이용한 굴뚝가스시료 채취장치
KR100538187B1 (ko) 다이옥신 및 퓨란류 시료 채취장치 및 채취방법
KR20110029838A (ko) 배출가스 시료 채취장치
CN204679390U (zh) 湿烟气在线粉尘仪
KR102199628B1 (ko) 응축성 미세먼지를 포함하는 굴뚝 미세먼지의 연속측정장치 및 유해중금속을 포함하는 다이옥신 연속포집장치
JP2011002232A (ja) 光透過型分析計
KR102556940B1 (ko) 선박 내 블랙카본 측정 장치
CN202710366U (zh) 一种应用于污泥焚烧系统的尾气检测取样装置
KR102222298B1 (ko) 미립자 측정이 가능한 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right