KR102588110B1 - 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 pm 10 및 pm 2.5 동시측정 장치 - Google Patents
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Abstract
기존의 베타레이 측정기는 PM 10 또는 PM 2.5를 동시에 측정하기 위해서는 2개의 공기 유입구를 구비하고, 독립된 베타레이 측정 시스템을 각각 구비하여 측정하기 때문에 장치가 복잡하고 무거운 문제가 있어왔고, 블랙카본도 함께 측정할 수 없는 것이었다.
이러한 문제를 해결하고자 본 출원 발명은 연속식 블랙카본 측정기를 하나의 공기 유입구를 가지는 듀얼베타레이 방식의 PM 10 및 PM 2.5 에 설치함으로써 동시에 서로다른 입자크기의 미세먼지측정뿐만아니라 블랙카본도 연속으로 측정할 수 있는 측정 장치를 제공하고자 한다.
이를 위하여 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치에서 측정하고자 하는 샘플 공기를 유입하는 수직하게 설치된 공기입구를 구비한 PM10 입자선별 및 공기유입기; 및 상기 공기유입기와 PM10 사이의 공간에 설치되는 연속식 블랙카본 측정부; 및 상기 PM10 입자 선별 유입기에서 선별된 10um 이하의 입자를 2개의 유로로 나누어 10 um 이하의 입자도 측정하고, 별도로 2.5um 이하의 입자를 다시 선별하여 PM 2.5를 측정하기 위한 공기유로 분리부; 및 상기 공기유로 분리부의 일측은 PM10 베타레이측정부에 연결되고, 상기 공기유로 분리부의 타측은 PM 2.5 분리부를 통하여 PM 2.5 베타레이측정부에 연결되며, 상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부의 각각 하부에 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스가 구비되고, 상기 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 측면 공간으로 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브가 구비되며, 상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에 여과지가 측면으로 감기며 이동할 수 있도록 구비되고, 상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에는 상기 여과지를 압착하여 공기가 여과지측면으로 이동하지 못하도록 하는 압착부를 포함하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공하며, 상기와 같은 발명의 구성에 의하여 하나의 공기 유입구를 이용하여 PM 10과 PM 2.5 미세먼지를 동시에 연속식을 측정할 수 있는 장치를 제공하는 효과가 있다.
이러한 문제를 해결하고자 본 출원 발명은 연속식 블랙카본 측정기를 하나의 공기 유입구를 가지는 듀얼베타레이 방식의 PM 10 및 PM 2.5 에 설치함으로써 동시에 서로다른 입자크기의 미세먼지측정뿐만아니라 블랙카본도 연속으로 측정할 수 있는 측정 장치를 제공하고자 한다.
이를 위하여 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치에서 측정하고자 하는 샘플 공기를 유입하는 수직하게 설치된 공기입구를 구비한 PM10 입자선별 및 공기유입기; 및 상기 공기유입기와 PM10 사이의 공간에 설치되는 연속식 블랙카본 측정부; 및 상기 PM10 입자 선별 유입기에서 선별된 10um 이하의 입자를 2개의 유로로 나누어 10 um 이하의 입자도 측정하고, 별도로 2.5um 이하의 입자를 다시 선별하여 PM 2.5를 측정하기 위한 공기유로 분리부; 및 상기 공기유로 분리부의 일측은 PM10 베타레이측정부에 연결되고, 상기 공기유로 분리부의 타측은 PM 2.5 분리부를 통하여 PM 2.5 베타레이측정부에 연결되며, 상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부의 각각 하부에 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스가 구비되고, 상기 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 측면 공간으로 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브가 구비되며, 상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에 여과지가 측면으로 감기며 이동할 수 있도록 구비되고, 상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에는 상기 여과지를 압착하여 공기가 여과지측면으로 이동하지 못하도록 하는 압착부를 포함하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공하며, 상기와 같은 발명의 구성에 의하여 하나의 공기 유입구를 이용하여 PM 10과 PM 2.5 미세먼지를 동시에 연속식을 측정할 수 있는 장치를 제공하는 효과가 있다.
Description
본 출원 방식은 베타레이 방식으로 미세먼지를 측정하는 장치에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 PM 10과 PM 2.5 동시측정방식의 베타레이 측정 장치에 블랙카본측정부를 더 구비한 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 출원 이전의 선행기술로 연속식 베타레이 미세먼지 측정장치가 개시되어 있다. 이 기술에서는 외부 대기에서 공기를 유입하여, 상기 공기 중에 포함된 미세입자를 분리하여 미세먼지의 농도를 측정할 수 있도록 미세먼지를 분리하는 미세먼지분리부(200); 및 상기 미세먼지 분리부에서 분리된 측정대상인 미세먼지와 공기를 베타레이측정부로 안내하는 측정공기유입부(210); 및 상기 측정공기유입부를 지나는 상기 미세먼지를 모두 걸러주는 롤타입여지(400); 및 상기 롤타입여지의 하단에 연결되어 상기 공기를 흡입하는 흡입부로 구성되며, 상기 롤타입여지 상기 걸러진 미세먼지를 측정하기 위하여 베타레이를 방출하는 베타레이발생부(300); 및 상기 베타레이발생부(300)에서 발생된 베타레이가 상기 롤타입여지에 걸러진 미세먼지를 투과하여 감소한 베타레이를 측정하는 베타레이측정부(310);를 포함하는 기술이 개시되어 있다.
또 다른 선행기술로 베타레이를 이용한 미세먼지 측정 및 이를 이용한 측정방에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술에서는 공기유입부(110)에서 유입된 공기는, 직관식공기유입파이프(125)를 통과하여 베타레이 발생부(200)와 베타레이 측정기(300)를 구비한 측정몸체의 측면에 사선방향으로 형성된 공기통로를 통하여 롤타입여지를 통과하면서 미세먼지가 상기 롤타입 여지에 걸러지고, 상기 베타레이 발생부에서 발생된 베타레이는 상기 미세먼지가 걸러진 여지를 통과하며, 상기 미세먼지의 양이 많아짐에 따라 상기 여지를 통과한 베타레이 신호의 세기가 감소하게 되는 것이어서, 상기 베타레이 측정기에서 측정된 베타레이 신호의 크기 변화로부터 미세먼지의 양을 측정하는 베타레이를 이용한 미세먼지 측정 장치에 있어서, 상기 베타레이 발생부에서 발생한 베타레이(-)를 전기장의 힘으로 모아주기 위하여, 상기 베타레이 발생부 측면부터 전방앞쪽으로 원통형의 음극파이프를 구비하고, 상기 베타레이 측정기의 전면에 양극 매쉬를 더 구비하여, 상기 베타레이 발생부에서 발생한 베타레이(-)가 상기 음극파이프 내부에서 음극끼리 서로 밀치는 척력에 의하여 상기 음극파이프의 중앙으로 모아지고, 상기 음극파이프를 빠져나온 베타레이는 상기 베타레이 측정기의 전면에 양극 매쉬에서 당겨지는 인력을 받아 흩어지지 않고, 상기 베타레이 측정기에 도달하는 구성을 구비한 기술이 개시되어 있다.
또 다른 선행기술로 블랙카본 측정장치에 관한 기술이 개시되어 있다. 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; 및 상기 주광원의 빛을 하단에 구비된 제1챔버, 제2챔버, 제3챔버 및 제4챔버에 전달하는 광확산부; 및 외부의 공기를 유입하는 외기유입구; 및 상기 유입된 공기가 배출되는 외기배출구; 및 상기 외기유입구로 유입된 공기 중의 블랙카본을 필터링하는 필터; 및 상기 필터를 통과한 공기가 순환하여 배출되는 상기 제1챔버 및 제2챔버; 및 상기 주광원에서 발생한 빛이 상기 제1챔버 내지 제4챔버를 통과하여 하단에서 통과된 빛의 세기를 측정하는 제1감지센서, 제2감지센서, 제3감지센서 및 제4감지센서를 포함하는 기술이 개시되어 있다.
기존의 베타레이 측정기는 PM 10 또는 PM 2.5를 동시에 측정하기 위해서는 2개의 공기 유입구를 구비하고, 독립된 베타레이 측정 시스템을 각각 구비하여 측정하기 때문에 장치가 복잡하고 무거운 문제가 있어왔다. 또한, 10um와 2.5 um의 입자선별기를 각각 16.7 Litte/ 분의 공기를 빨아들여 각각 PM 10 및 PM 2.5를 측정하기 때문에 2개의 개별 펌프가 필요한 문제가 있어왔다.
본 출원 발명은 PM 10의 경우에는 16.7 Litter/분의 공기 흐름이 필요한 PM 10 필터를 사용하고, PM 2.5 의 경우에는 5 Litter/분의 공기 흐름이 필요한 분류기를 사용하여 하나의 공기 유입 경로를 분기하여 1개의 펌프를 사용하여 PM 10과 PM 2.5를 측정할 수 있도록 개선한 발명을 제공하고자 한다.
한편 블랙카본을 측정하기 위하여 기존의 광학식 방식을 사용하지 않고, 레이저를 이용하여 블랙카본에 광을 입사시켜 상기 광을 블랙카본이 흡수하여 발생하는 열에 의하여 대기가 가열되어 빛이 굴절하는 현상을 이용하여 블랙카본을 측정하는 기술을 사용하고자 한다. 상기 블랙카본은 EC(Element Carbon)와 OC(Organic Carbon)로 구성되는데, EC는 검은 색을 띠며, 화석연료의 불완전 연소로 발생하는 것이며, OC는 결합하여 유기물 형태로 존재하는 카본을 의미하는 것으로 검은색이 아닌 옅은 색을 띠는 차이가 있다. 본 출원에서는 검을색을 띠는 EC를 측정하는 것을 그 목표로 하고 있다. OC를 측정하기 위해서는 별도의 측정 장치가 필요하며, 본 출원 발명에 OC 측정장치를 더 구비하는 경우 Total Carbon을 측정할 수 있다. 본 출원 발명에 추가하는 OC 측정장치는 여과지에 걸러진 미세먼지에 포함된 OC를 분리학 위하여, 여과지를 40℃ ~ 50℃로 히팅하여 OC를 증발시킨 가스상의 OC를 포집하는 OC 포집부, 상기 포집된 가스상의 OC에 포함된 이산화탄소 양을 측정하는 반응 전 이산화탄소 측정부에서 반응 전의 이산화탄소 양을 측정하고, 상기 포집된 가스상의 OC를 산소공급 환경에서 680℃로 가열하여 이산화탄소로 변환시키는 OC 산화반응부, 상기 OC 산화반응부에서 모든 OC가 산화되어 이산화탄소로 변환되면 이산화탄소의 양을 측정하는 반응 후 이산화탄소측정 및 상기 반응 전의 이산화탄소의 양과 상기 반응 후의 이산화탄소 양을 비교함으로 OC를 측정하는 측정부를 구성할 수 있다. 상기 이산화탄소의 측정은 NDIR 이산화탄소 측정기를 사용하여 정확히 측정할 수 있다.
블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치에서 측정하고자 하는 샘플 공기를 유입하는 수직하게 설치된 공기입구를 구비한 PM10 입자선별 및 공기유입기; 및
상기 공기유입기와 PM10 사이의 공간에 설치되는 연속식 블랙카본 측정부; 및
상기 PM10 입자 선별 유입기에서 선별된 10um 이하의 입자를 2개의 유로로 나누어 10 um 이하의 입자도 측정하고, 별도로 2.5um 이하의 입자를 다시 선별하여 PM 2.5를 측정하기 위한 공기유로 분리부; 및
상기 공기유로 분리부의 일측은 PM10 베타레이측정부에 연결되고,
상기 공기유로 분리부의 타측은 PM 2.5 분리부를 통하여 PM 2.5 베타레이측정부에 연결되며,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부의 각각 하부에 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스가 구비되고,
상기 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 측면 공간으로 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브가 구비되며,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에 여과지가 측면으로 감기며 이동할 수 있도록 구비되고,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에는 상기 여과지를 압착하여 공기가 여과지측면으로 이동하지 못하도록하는 압착부를 구비한 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브의 후단에 공기유입펌프가 연결되며, 상기 공기입구를 구비한 PM10 입자선별 및 공기유입기에서는 분당 16.7 Litter의 유량이 유입되고, 상기 PM10 베타레이측정부로는 분당 11.5 Litter 및 상기 PM2.5 베타레이측정부로 분당 5 Litter의 공기가 유입되도록 상기 공기유입펌프와 상기 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브가 구동되는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 공기유로 분배부는 PM10 베타레이측정부 쪽 유로의 면적과 PM2.5 베타레이측정부 쪽 유로의 면적이 11.5 대 5 인 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브의 분당 유량은 각각 11.5 Litter 및 5 Litter 인 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, PM 2.5 분리부는 설정 주기 간격으로 먼지청소용마개를 분리하여 내부에 쌓인 먼지를 청소하는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 PM 2.5 분리부에 쌓인 먼지를 동작 중에 확인할 수 있도록 먼지청소용마개에 먼지를 확인할 수 있는 관찰창을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 먼지청소용마개에는 원격에서 또는 장치를 분리하지 않고 상기 PM 2.5 분리부에 쌓인 먼지의 양을 확인할 수 있도록 먼지측정센서와 측정조명을 더 구비할 수 있는 것을 특징을 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
한편 블랙카본을 측정하기 위하여 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치에서 측정하고자 하는 샘플 공기를 유입하는 수직하게 설치된 공기입구를 구비한 PM10 입자선별 및 공기유입기; 및
상기 공기유입기와 PM10 사이의 공간에 설치되는 연속식 블랙카본 측정부; 및
상기 블랙카본 측정부는 샘플 공기에 포함된 블랙카본이 광을 흡수하여 열을 잘 발생시키는 원리를 이용하여 상기 블랙카본을 측정하고자, 상기 블랙카본 측정 영역에 블랙카본측정용 레이저광원과 상기 블랙카본에 의하여 흡수된 광이 열로 변환되어 상기 블랙카본 주변의 공기를 가열하여 발생하는 빛의 굴절을 측정하기위한 굴절율 측정부로 구성되고,
상기 PM10 입자 선별 유입기에서 선별된 10um 이하의 입자를 2개의 유로로 나누어 10 um 이하의 입자도 측정하고, 별도로 2.5um 이하의 입자를 다시 선별하여 PM 2.5를 측정하기 위한 공기유로 분리부; 및
상기 공기유로 분리부의 일측은 PM10 베타레이측정부에 연결되고,
상기 공기유로 분리부의 타측은 PM 2.5 분리부를 통하여 PM 2.5 베타레이측정부에 연결되며,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부의 각각 하부에 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스가 구비되고,
상기 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 측면 공간으로 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브가 구비되며,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에 여과지가 측면으로 감기며 이동할 수 있도록 구비되고,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에는 상기 여과지를 압착하여 공기가 여과지측면으로 이동하지 못하도록하는 압착부를 구비한 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 굴절율 측정부는 광이 밀도가 다를 공기를 통과하면서 공기의 밀도에 따라 변화되는 현상을 이용한 것으로, 굴절율측정용 레이저광원과 공기의 밀도에 의하여 굴절이 변화된 위치를 측정하기 위하여 수직으로 구비된 리니어CCD로 구성되는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
상기와 같은 발명의 구성에 의하여 하나의 공기 유입구를 이용하여 PM 10과 PM 2.5 미세먼지를 동시에 연속식을 측정할 수 있는 장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 유량의 크기를 달리하는 파티클 선별기를 사용하기 때문에 하나의 펌프를 사용하여 전체 공기 흐름을 만들어 사용함으로써 전체시스템을 가볍게 구성하는 효과 또한 있는 발명이다.
또한, 탄소의 불완전 연소에 의하여 발생하는 블랙카본을 동시에 측정할 수 있는 기술을 제공함으로써 효율적인 공기질 관리를 할 수 있는 수단을 제공한다.
도 1은 본 발명의 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치
도 2는 본 발명의 공기 유로 분배부
도 3은 본 발명의 공기 유로 분배부 구조
도 4는 본 발명의 개선된 공기 유로 분배부
도 5는 본 발명의 PM 2.5 측정부 단면도
도 6은 본 발명의 PM 2.5 측정부에 관찰창을 더 구비한 단면도
도 7은 본 발명의 PM 2.5 측정부에 먼지측정 센서와 측정조명을 더 구비한 단면도
도 8은 본 발명의 공기유입부에 구비되는 블랙카본 측정부를 도시하고 있다.
도 9는 본 발명의 블랙카본 측정원리를 도시하고 있다. 블랙카본의 양이 적을때
도 10은 본 발명의 블랙카본 측정원리를 도시하고 있다. 블랙카본의 양이 많을때
도 2는 본 발명의 공기 유로 분배부
도 3은 본 발명의 공기 유로 분배부 구조
도 4는 본 발명의 개선된 공기 유로 분배부
도 5는 본 발명의 PM 2.5 측정부 단면도
도 6은 본 발명의 PM 2.5 측정부에 관찰창을 더 구비한 단면도
도 7은 본 발명의 PM 2.5 측정부에 먼지측정 센서와 측정조명을 더 구비한 단면도
도 8은 본 발명의 공기유입부에 구비되는 블랙카본 측정부를 도시하고 있다.
도 9는 본 발명의 블랙카본 측정원리를 도시하고 있다. 블랙카본의 양이 적을때
도 10은 본 발명의 블랙카본 측정원리를 도시하고 있다. 블랙카본의 양이 많을때
상기와 같은 발명의 작용효과를 도면을 활용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치 구성도이다. PM10 입자선별 및 공기유입기로 측정하고자 하는 샘플 공기가 유입되면, 상기 PM10 입자선별 및 공기유입기에서 10um 이하의 입자만 측정 유로로 유입된다. 본 발명에서 사용된 상기 PM10 입자선별 및 공기유입기는 분당 16.7 Litter의 유량을 통과하는 경우 10um 이하의 입자를 선별할 수 있는 장치여서 상기 샘플공기 유입구의 유도 반대편 끝단에 구비된 공기유입펌프에서 생성하는 음압에 의하여 동작한다.
이렇게 유입된 공기와 입자는 공기유로 분배부에서 2.5um 이하의 입자를 분리하는 PM 2.5 분리부로 통하는 유로와 더 이상의 입자 분리 없이 PM10 측정부로 10um 이하의 입자를 보내는 유로로 분리된다. 상기 PM 2.5 분리부의 경우 기존의 분당 16.7 리터의 유량을 요구하는 분리장치를 사용하는 경우에는 상기 PM 10 측정부로 분리되어 나가는 유량이 없기 때문에 PM10과 PM 2.5를 동시에 측정할 수 없기 때문에 분당 5 리터의 유량을 가지는 분리장치를 사용하였다.
따라서, 상기 공기유로 분배부에서는 PM10 측정부로는 분당 11.5 리터의 공기가 움직이고, PM 2.5 분리부로는 분당 5 리터의 공기가 움직여야 한다.
이를 제어하기 위하여 상기 공기유입펌프 이외에도 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브를 각각의 유로 중간에 구비하여 유량을 제어할 수 있도록 하였다.
도 2는 본 발명의 공기유로 분배부를 도시하고 있다. 도면의 왼쪽이 PM10 측정부이고 오른쪽이 PM 2.5 측정부이다. PM 2.5 측정부에만 유로 상에 PM 2.5 분리부가 더 구비된 것을 확인할 수 있다. PM 2.5 분리부는 분당 5 리터의 유량에서만 정확히 동작하도록 설계 되어 있기 때문에 오른쪽 유로에는 분당 5 리터의 유량이 고정이다. 상기한 바와 같이 PM 10 분리기는 분당 16.7 리터의 유량을 요구하고 있어, 상기 PM 10 측정부쪽 유로는 11.5 리터의 유량을 흘려야 한다.
도 3은 본 발명의 공기 유로 분배부 구조이다. 상기한 유량을 맞추기 위해서는 P1, V1, D1 쪽으로 분당 11.5 리터의 유량이 흘러야하고, P2, V2, D2 쪽으로는 분당 5 리터의 유량이 흘러야 한다.
D1 = D2 조건에서는 P1 > P2 및/ 또는 V1 > V2 조건이 되어 왼쪽 유로와 오른쪽 유로가 등속 조건이 되지 않기 때문에 동일하게 미세먼지가 나누어 진다고 볼 수 없다.
도 4는 본 발명의 개선된 공기 유로 분배부 이다. 상기 도3에서 살펴본 내용을 적용하여 D1’/ D2’ =11.5/5 조건으로 설계한 것이다. 전체 유로를 이조건으로 만들면 좋겠으나, 샘플 공기가 분리되는 분리부에서라도 이 조건을 유지하여야 입자의 섞임이나 분리없이 샘플된 상태로 유로가 분리되어 정확한 측정을 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 PM 2.5 측정부 단면도를 도시하고 있다. 사이클론의 원리를 이용하여 PM 2.5 이상의 파티클은 왼쪽에 구비된 입자배출통에 수거되고, PM 2.5 이하의 파티클만이 다시 배출관을 통하여 측정부로 이동하게 된다. 이때 정확하게 분당 5 리터의 유량과 유속을 유지하여야 정확하게 2.5um 이하의 입자만 통과하고 이보다 큰 입자는 가라앉게 된다.
도 6은 본 발명의 PM 2.5 측정부에 관찰창을 더 구비한 단면도이다. 상기 입자의 쌓임에 따라 상기 PM 2.5 분리부의 일측에 쌓인 먼지를 제거하여야 하지만, 열어보지 않고는 확인할 수 있는 기능이 없다. 이러한 문제를 해결하고자 상기 먼지청소용 마개의 중앙에 투명창을 구비하여 열지않고도 이를 확인할 수 있도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 PM 2.5 분리부에 먼지측정 센서와 측정조명을 더 구비한 단면도이다. 이는 원격에서 PM 2.5 분리부에 쌓은 먼지를 확인할 수 있도록 센서와 조명을 더 구비한 것이다. 관찰창을 구비하고 여기에 센서와 조명을 구비할 수도 있고, 관찰창 없이 센서와 조명을 구비하고 외부에서 확인할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 공기유입부에 구비되는 블랙카본 측정부를 도시하고 있다.
우측의 레이저 가열영역에서 블랙카본에 의하여 광이 흡수되어 열로 변환되여 빛의 굴절을 일으킬 수 있는 10W 이상의 적외선 또는 근 적외선 영역의 레이저광을 일정두께로 조사한다. 도면의 좌측상단에는 굴절율을 측정하기위한 직진성이 우수안 레이저 광을 구비하고, 타측에는 리니어CCD를 구비하여 상기 레이저광이 조사되는 위치를 측정한다.
도 9와 도10은 블랙카본이 상기 레이저 가열영역에서 광을 흡수하여, 열을 발생시킴으로써 가열된 공기의 밀도변화도 발생하는 빛의 굴절율의 변화를 도면으로 설명하고 있다. 적은양의 블랙카본이 샘플 공기에 포함된 경우(도 9)와 많은 양의 블랙카본이 샘블 공기에 포함된 경우(도10)을 도시하고 있다. 블랙카본의 양이 많을 수록 발생하는 열이 많아, 빛의 굴절양이 늘어나게되어 측정용 레이저광의 위치가 기준 위치에서 더 많이 변하게되는 원리를 이용하고 있다. 이렇게 함으로써 유입되는 공기에 어떠한 전처리도 하지않고, 블랙카본을 연속 측정할 수 있다.
상기와 같은 발명의 작용효과를 나타내기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.
블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치에서 측정하고자 하는 샘플 공기를 유입하는 수직하게 설치된 공기입구를 구비한 PM10 입자선별 및 공기유입기; 및
상기 PM10 입자 선별 유입기에서 선별된 10um 이하의 입자를 2개의 유로로 나누어 10 um 이하의 입자도 측정하고, 별도로 2.5um 이하의 입자를 다시 선별하여 PM 2.5를 측정하기 위한 공기유로 분리부; 및
상기 공기유로 분리부의 일측은 PM10 베타레이측정부에 연결되고,
상기 공기유로 분리부의 타측은 PM 2.5 분리부를 통하여 PM 2.5 베타레이측정부에 연결되며,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부의 각각 하부에 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스가 구비되고,
상기 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 측면 공간으로 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브가 구비되며,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에 여과지가 측면으로 감기며 이동할 수 있도록 구비되고,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에는 상기 여과지를 압착하여 공기가 여과지측면으로 이동하지 못하도록하는 압착부를 구비한 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브의 후단에 공기유입펌프가 연결되며, 상기 공기입구를 구비한 PM10 입자선별 및 공기유입기에서는 분당 16.7 Litter의 유량이 유입되고, 상기 PM10 베타레이측정부로는 분당 11.5 Litter 및 상기 PM2.5 베타레이측정부로 분당 5 Litter의 공기가 유입되도록 상기 공기유입펌프와 상기 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브가 구동되는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 공기유로 분배부는 PM10 베타레이측정부 쪽 유로의 면적과 PM2.5 베타레이측정부 쪽 유로의 면적이 11.5 대 5 인 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브의 분당 유량은 각각 11.5 Litter 및 5 Litter 인 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, PM 2.5 분리부는 설정 주기 간격으로 먼지청소용마개를 분리하여 내부에 쌓인 먼지를 청소하는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 PM 2.5 분리부에 쌓인 먼지를 동작 중에 확인할 수 있도록 먼지청소용마개에 먼지를 확인할 수 있는 관찰창을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 먼지청소용마개에는 원격에서 또는 장치를 분리하지 않고 상기 PM 2.5 분리부에 쌓인 먼지의 양을 확인할 수 있도록 먼지측정센서와 측정조명을 더 구비할 수 있는 것을 특징을 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
한편 블랙카본을 측정하기 위하여 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치에서 측정하고자 하는 샘플 공기를 유입하는 수직하게 설치된 공기입구를 구비한 PM10 입자선별 및 공기유입기; 및
상기 공기유입기와 PM10 사이의 공간에 설치되는 블랙카본 측정부; 및
상기 블랙카본 측정부는 샘플 공기에 포함된 블랙카본이 광을 흡수하여 열을 잘 발생시키는 원리를 이용하여 상기 블랙카본을 측정하고자, 상기 블랙카본 측정 영역에 블랙카본측정용 레이저광원과 상기 블랙카본에 의하여 흡수된 광이 열로 변환되어 상기 블랙카본 주변의 공기를 가열하여 발생하는 빛의 굴절을 측정하기위한 굴절율 측정부로 구성되고,
상기 PM10 입자 선별 유입기에서 선별된 10um 이하의 입자를 2개의 유로로 나누어 10 um 이하의 입자도 측정하고, 별도로 2.5um 이하의 입자를 다시 선별하여 PM 2.5를 측정하기 위한 공기유로 분리부; 및
상기 공기유로 분리부의 일측은 PM10 베타레이측정부에 연결되고,
상기 공기유로 분리부의 타측은 PM 2.5 분리부를 통하여 PM 2.5 베타레이측정부에 연결되며,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부의 각각 하부에 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스가 구비되고,
상기 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 측면 공간으로 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브가 구비되며,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에 여과지가 측면으로 감기며 이동할 수 있도록 구비되고,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에는 상기 여과지를 압착하여 공기가 여과지측면으로 이동하지 못하도록하는 압착부를 구비한 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 굴절율 측정부는 광이 밀도가 다를 공기를 통과하면서 공기의 밀도에 따라 변화되는 현상을 이용한 것으로, 굴절율측정용 레이저광원과 공기의 밀도에 의하여 굴절이 변화된 위치를 측정하기 위하여 수직으로 구비된 리니어CCD로 구성되는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치를 제공한다.
10 : PM 10 입자선별 및 공기 유입기
15 : 블랙카본 측정부
20 : 공기유로 분배부
30 : PM 2.5 분리부
31 : PM 2.5 공기입구
32 : PM 2.5 공기출구
33A : 먼지청소용마개
33B : 관찰창
33C : 먼지측정센서
33D : 측정조명
34 : PM 2.4 이하 배출관
35 : PM 2.5 사이클론
40A : PM 10 베타레이 측정부
40B : PM 2.5 베타레이 측정부
50 : 베타레이 소스
60 : PM10 유량제어밸브
70 : PM 2.5 유량제어밸브
80 : 여과지
90 : 여과지 감김부
100 : 교정 필름부
200 : 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치
(A)공기유로 분배부 구조 (B)개량된 공기유로 분배부 구조
P1, V1, P2, V2, D1, D2 : 공기유로 분배부 구조 (A)에서의 값
P1, V1, P2, V2, D1, D2 : 공기유로 분배부 구조 (A)에서의 값
Particle(PM 2.5 >)
15 : 블랙카본 측정부
20 : 공기유로 분배부
30 : PM 2.5 분리부
31 : PM 2.5 공기입구
32 : PM 2.5 공기출구
33A : 먼지청소용마개
33B : 관찰창
33C : 먼지측정센서
33D : 측정조명
34 : PM 2.4 이하 배출관
35 : PM 2.5 사이클론
40A : PM 10 베타레이 측정부
40B : PM 2.5 베타레이 측정부
50 : 베타레이 소스
60 : PM10 유량제어밸브
70 : PM 2.5 유량제어밸브
80 : 여과지
90 : 여과지 감김부
100 : 교정 필름부
200 : 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치
(A)공기유로 분배부 구조 (B)개량된 공기유로 분배부 구조
P1, V1, P2, V2, D1, D2 : 공기유로 분배부 구조 (A)에서의 값
P1, V1, P2, V2, D1, D2 : 공기유로 분배부 구조 (A)에서의 값
Particle(PM 2.5 >)
Claims (6)
- 블랙카본을 측정하기 위하여 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치에서 측정하고자 하는 샘플 공기를 유입하는 수직하게 설치된 공기입구를 구비한 PM10 입자선별 및 공기유입기; 및
상기 PM10 입자선별 및 공기유입기의 공기유입기와 PM10 입자선별기 사이의 공간에 설치되는 연속식 블랙카본 측정부; 및
상기 블랙카본 측정부는 샘플 공기에 포함된 블랙카본이 광을 흡수하여 열을 잘 발생시키는 원리를 이용하여 상기 블랙카본을 측정하고자, 상기 블랙카본 측정 영역에 블랙카본측정용 레이저광원과 상기 블랙카본에 의하여 흡수된 광이 열로 변환되어 상기 블랙카본 주변의 공기를 가열하여 발생하는 빛의 굴절을 측정하기 위한 굴절율 측정부로 구성되고,
상기 PM10 입자선별 유입기에서 선별된 10um 이하의 입자를 2개의 유로로 나누어 10 um 이하의 입자도 측정하고, 별도로 2.5um 이하의 입자를 다시 선별하여 PM 2.5를 측정하기 위한 공기유로 분리부; 및
상기 공기유로 분리부의 일측은 PM10 베타레이측정부에 연결되고,
상기 공기유로 분리부의 타측은 PM 2.5 분리부를 통하여 PM 2.5 베타레이측정부에 연결되며,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부의 각각 하부에 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스가 구비되고,
상기 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 측면 공간으로 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브가 구비되며,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에 여과지가 측면으로 감기며 이동할 수 있도록 구비되고,
상기 PM10 베타레이측정부 및 PM2.5 베타레이측정부와 PM10 베타레이소스와 PM2.5 베타레이소스 사이에는 상기 여과지를 압착하여 공기가 여과지측면으로 이동하지 못하도록하는 압착부를 구비하며,
상기 PM 2.5 분리부는 설정 주기 간격으로 먼지청소용마개를 분리하여 내부에 쌓인 먼지를 청소할 수 있고, 상기 PM 2.5 분리부에 쌓인 먼지를 동작 중에 확인할 수 있도록 먼지청소용마개에 먼지를 확인할 수 있는 관찰창을 더 구비하고,
상기 굴절율 측정부는 광이 공기의 밀도가 다른 공기층 사이를 통과하면서 공기의 밀도의 차이에 따라 광이 굴절되는 현상을 이용한 것으로, 굴절율측정용 레이저광원과 밀도가 다른 공기층에 의하여 빛의 굴절 정도가 변화되는 위치를 측정하기 위하여 수직으로 구비된 리니어CCD로 구성되는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 굴절율 측정부는 블랙카본에 의하여 광이 흡수되어 열로 변환되어 빛의 굴절을 일으킬 수 있는 10W의 적외선 영역의 레이저광을 일정두께로 조사하는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치. - 제2항에 있어서,
상기 굴절율 측정부는 굴절율을 측정하기 위한 직진성이 우수한 굴절율측정용 레이저광원을 구비하고, 타측에는 상기 리니어CCD를 구비하여 상기 굴절율측정용 레이저광원이 조사되는 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치. - 제3항에 있어서,
상기 굴절율 측정부는 블랙카본이 광을 흡수하여, 열을 발생시킴으로써 공기의 밀도변화로 발생하는 빛의 굴절율의 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치. - 제4항에 있어서,
공기입구를 구비한 PM10 입자선별 및 공기유입기에서 분당 16.7 Litter의 유량이 유입되고, 상기 PM10 베타레이측정부로는 분당 11.5 Litter 및 상기 PM2.5 베타레이측정부로 분당 5 Litter의 공기가 유입되도록 공기유입펌프와 상기 PM10 유량제어밸브 및 PM2.5 유량제어밸브가 구동되는 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치. - 제5항에 있어서,
상기 공기유로 분배부는 PM10 베타레이측정부 쪽 유로의 면적과 PM2.5 베타레이측정부 쪽 유로의 면적이 11.5 대 5 인 것을 특징으로 하는 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 PM 10 및 PM 2.5 동시측정 장치.
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| KR1020230058095A KR102588110B1 (ko) | 2023-05-04 | 2023-05-04 | 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 pm 10 및 pm 2.5 동시측정 장치 |
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| KR1020230058092A KR102588106B1 (ko) | 2023-05-04 | 2023-05-04 | 블랙카본측정부를 구비한 듀얼 베타레이방식의 연속식 pm 10 및 pm 2.5 동시측정 장치 |
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