KR20200017105A - 먼지 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
공기 중에 사람의 호흡을 따라 폐포에 침착되는 먼지의 농도를 측정하기 위해, 수용공간을 형성하며, 먼지를 포함하는 유체가 유입되는 제1홀 및 상기 제1홀을 통해 유입된 유체가 유출되는 제2홀을 포함하는 제1하우징, 상기 유체가 상기 제1홀로 유입되어 상기 제2홀로 유출되는 동력을 제공하는 팬, 상기 제1하우징에 실장되며, 상기 제1 홀 및 상기 제2 홀을 연통하는 제1 먼지 통로, 상기 제1하우징에 실장되며, 상기 제1 먼지 통로에서 분지되고, 상기 제2 홀과 연통되는 제2 먼지 통로 그리고, 상기 제2먼지 통로를 지나는 먼지를 센싱하는 먼지 센싱 유닛을 포함하고, 상기 제2 먼지 통로는 상기 제1홀을 통해 유입된 먼지를 입자크기에 따라 특정 분율로 분류하기 위해, 상기 제1먼지 통로와 먼지 유동방향을 기준으로 둔각을 형성하며 분지되는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 먼지 측정 장치에 관한 것으로, 구체적으로 대기 중의 먼지를 먼지 입자의 크기에 따라 특정 분율로 분류하고, 분류된 먼지를 센싱하는 먼지 측정 장치에 관한 것이다.
미세먼지는 입자의 크기에 따라 지름 2.5μm~10 μm 크기의 미세먼지(PM10)와 2.5 μm미만의 초미세먼지(PM2.5)로 나뉜다. 머리카락의 지름이 50~70 μm인 걸 감안한다면 PM2.5는 머리카락 굵기의 1/20~1/30 정도의 아주 작은 입자이다.
미세먼지의 발생기원은 크게 두 가지로 분류할 수 있으며, 첫 번째는 자동차 배기가스, 공장 연료 연소 등에 의한 원소 탄소, 미량 금속, 미네랄 성분이 있고, 두 번째는 연료의 연소나 증발에 의한 황산염, 질산염, 이산화황, 질소 산화물 등이 있다. 황사가 자연적으로 발생한 흙먼지인 점과 다르게 미세먼지는 연료, 공장, 배기가스 등 연소 작용에 의해 발생한다.
미세먼지들은 입자상 물질로, 가스상물질에 비해 인체의 폐에 침착되기 쉽다. 따라서, 다른 대기오염물질보다 인체 건강에 더 큰 악영향을 초래할 가능성이 있다.
특히, 사람이 호흡할 때 직경이 10μm이하인 미세먼지(PM 10)은 호흡기를 통하여 폐에까지 도달하여 침착될 수 있다. 따라서, PM10의 미세먼지는 대기환경기준 항목으로 포함되고 있는 실정이다.
또한, 사람이 호흡할 때 미세먼지는 입자 크기에 따라 도달할 수 있는 부위 및 침착되는 분율이 상이하다.
따라서, 대기 중의 먼지에서 사람이 호흡할 때 폐에 침착되는 먼지의 농도를 계산할 수 있는 먼지 측정 장치가 유용할 수 있다.
먼지 측정 장치로는 필터에 의한 중량 측정 샘플러(Filter based gravimetric samplers), TEOM(Tapered Element Oscillating Microbalance) 측정기, β- 감쇄 측정기, 광학 측정기 등이 있다.
광학 측정기는 광을 조사하여 먼지에 산란된 광을 수신하여 먼지를 센싱하는 장치이다. 광학 측정기는 배터리를 이용한 조작이 가능한 휴대용 측정기로, 동시에 다양한 입도분리(size fraction)측정이 가능하다는 장점이 있어 편리하게 이용될 수 있다.
다만, 기존의 광학 측정기는 PM10 정의에 부합하도록 입자크기를 분류하는데 어려움이 있었고, 광을 조사하는 부분에 먼지가 균일하게 흐르지 않아 측정에 정확성이 떨어지는 단점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제 및 기타 본 발명의 명세서를 통해 기타 문제들 역시 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 대기 중의 먼지에서 먼지 입자의 크기에 따라 폐포에 침착되는 분율을 기초로 먼지를 분류할 수 있는 입자 분류 구조를 제공하고자 한다.
본 발명은 광학식 먼지 측정 장치로, 광을 조사하는 부분에 먼지가 집속된 경로를 형성하는 입자 집속 구조를 제공하고자 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 먼지 측정 장치에 있어서, 수용공간을 형성하며, 먼지를 포함하는 유체가 유입되는 제1홀 및 상기 제1홀을 통해 유입된 유체가 유출되는 제2홀을 포함하는 제1하우징, 상기 유체가 상기 제1홀로 유입되어 상기 제2홀로 유출되는 동력을 제공하는 팬, 상기 제1하우징에 실장되며, 상기 제1 홀 및 상기 제2 홀을 연통하는 제1 먼지 통로, 상기 제1하우징에 실장되며, 상기 제1 먼지 통로에서 분지되고, 상기 제2 홀과 연통되는 제2 먼지 통로 그리고, 상기 제2먼지 통로를 지나는 먼지를 센싱하는 먼지 센싱 유닛을 포함하고, 상기 제2 먼지 통로는 상기 제1홀을 통해 유입된 먼지를 입자크기에 따라 특정 분율로 분류하기 위해, 상기 제1먼지 통로와 먼지 유동방향을 기준으로 둔각을 형성하며 분지되는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 먼지 통로는 상기 제2먼지 통로가 분지되는 지점 전후로 상기 유체가 지나는 단면의 너비가 상이한 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 먼지 통로는 상기 제2 먼지 통로가 분지되는 지점에 단차부를 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 먼지 통로는 상기 제1홀과 연통되는 지점 및 상기 제2먼지 통로가 분지되는 지점 사이에 적어도 하나의 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 굴곡부는 상기 제1 먼지 통로가 상기 제1 홀과 수직하게 연통되는 제1 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 먼지 통로는 상기 제2 먼지 통로가 분지되는 지점에서 상기 유체가 지나는 단면의 너비가 점차 증가하거나 또는 감소하는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 먼지 통로는 상기 제2 먼지 통로가 분지되는 지점 및 상기 먼지 센싱 유닛이 먼지를 센싱하는 지점 사이에, 적어도 하나의 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 굴곡부는 상기 먼지를 센싱하는 지점으로 상기 유체를 수직하게 유입하는 제2 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 굴곡부는 상기 제2 굴곡부로 유입되는 유체의 경로 방향으로 함몰된 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 먼지 통로는 수용공간을 형성하며, 상기 유체가 유입되는 제3홀 및 상기 제3홀을 통해 유입된 유체가 유출되는 제4홀을 포함하는 제2 하우징, 상기 제1 먼지 통로에서 분지되어 상기 제3 홀로 상기 유체를 유입하는 유입 통로, 상기 제4홀에서 상기 제2홀로 상기 유체를 유출하는 유출 통로를 포함하고, 상기 제2 하우징은 상기 제2 하우징을 가로지르는 일직선의 경로를 따라 먼지가 유동하도록, 상기 제3홀 및 상기 제4홀을 대칭면에 대향하여 구비하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 먼지 센싱 유닛은 상기 제2 하우징의 일면에서 광을 조사하는 라이트 소스, 그리고, 상기 제2 하우징의 타면에 구비되며, 산란된 광을 수신하는 검출부를 포함하고, 상기 라이트 소스는 상기 먼지가 유동하는 상기 일직선의 경로를 향해 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제3홀은 상기 검출부에서 산란된 광을 수신하는 영역의 너비보다 작은 직경을 가지며, 상기 먼지가 유동하는 상기 일직선의 경로가 상기 산란된 광을 수신하는 영역의 중앙 상공을 지나도록 상기 제2 하우징의 일면에 구비되는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제3홀은 상기 제4홀과 동일한 직경 또는 작은 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 먼지 통로로 유입되는 유량은 상기 제1홀을 통해 유입된 유량의 절반에 대응되는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 먼지 센싱 유닛은 상기 제2 먼지 통로로 유입되는 단위 유량 대비 먼지 개수를 측정하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 특정 분율은 인체의 폐포에 흡수되는 PM(Particular Matter) 10 분율에 대응되는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 먼지 통로는 상기 제1 먼지 통로와 먼지 유동방향을 기준으로 120도 이상 및 150이하의 각도를 형성하며, 상기 제1 먼지 통로에서 분지되는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 먼지 측정 장치는 상기 제1홀을 통해 유입되는 유체의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 팬은 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 대응하여 상기 제1 홀로 유입되는 유량을 가변하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 이동 단말기 및 그 제어방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 입자 분류 구조를 통해 먼지 입자를 크기에 따라 특정 분율로 분류하여, 대기 중 사람이 호흡시 폐포에 침착되는 미세먼지의 농도를 측정할 수 있다.
본 발명은 광학식 먼지 측정 장치로, 입자 집속 구조를 통해 광을 조사하는 부분에 먼지가 집속된 경로를 형성하여 먼지 센싱에 정확성을 높일 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 2는 미세먼지가 입자의 크기에 따라 사람의 폐포에 침착되는 분율을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 먼지 측정 장치의 주요 구성을 포함하는 블록도 이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 먼지 측정 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 먼지 측정 장치를 설명하기 위한, 도 4의 A-A' 방향 단면도 이다.
도 6 및 7은 본 발명의 입자 분류 유로의 일실시예로 제1 먼지 통로 및 제2 먼지 통로가 둔각으로 연결된 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 5의 B영역 확대도 이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 먼지 측정 장치를 설명하기 위한, 도 4의 A-A' 방향 단면도 이다.
도 10은 본 발명의 입자 분류 유로에서 먼지의 이동 경로를 입자 크기별로 살펴본 도면이다.
도 11은 본 발명의 입자 분류 유로를 통해 먼지가 입자 크기에 따라 분류되는 분율을 PM10 정의 곡선과 비교 설명하는 도면이다.
도 12는 도 9의 A영역 확대도 이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 먼지 측정 장치의 주요 구성을 포함하는 블록도 이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 먼지 측정 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 먼지 측정 장치를 설명하기 위한, 도 4의 A-A' 방향 단면도 이다.
도 6 및 7은 본 발명의 입자 분류 유로의 일실시예로 제1 먼지 통로 및 제2 먼지 통로가 둔각으로 연결된 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 5의 B영역 확대도 이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 먼지 측정 장치를 설명하기 위한, 도 4의 A-A' 방향 단면도 이다.
도 10은 본 발명의 입자 분류 유로에서 먼지의 이동 경로를 입자 크기별로 살펴본 도면이다.
도 11은 본 발명의 입자 분류 유로를 통해 먼지가 입자 크기에 따라 분류되는 분율을 PM10 정의 곡선과 비교 설명하는 도면이다.
도 12는 도 9의 A영역 확대도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 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 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 2는 미세먼지가 입자의 크기에 따라 사람의 폐포에 침착되는 분율을 설명하기 위한 도면이다.
미세먼지는 입자상 물질로 가스상물질에 비해 인체의 폐에 침착되기 쉽다. 따라서, 다른 대기오염물질보다 인체 건강에 더 큰 악영향을 초래할 가능성이 있다.
미세먼지는 입자의 크기에 따라 호흡과정에서 침착될 수 있는 깊이가 다르다. 직경이 10μm이하인 미세입자들은 호흡기를 통해 폐에 침착 될 수 있어 미세먼지를 구분하는 기준이 될 수 있다.
도 1(a)는 호흡과정에서 미세먼지가 침착되는 영역을 설명한 도면이다. 호흡과정에서 미세먼지가 침착되는 영역은 구강에 대응되는 머리영역(Head Region), 기관에 대응되는 흉부영역(Thoracic Region) 및 폐포에 대응되는 호흡영역(Respiratory Region)이 있다.
미세먼지는 입자의 크기에 따라 머리영역(Head Region)에 침착될 수 있는 먼지(Inhalable Dust), 흉부영역(Thoracic Region)에 침착될 수 있는 먼지(Thoracic Dust), 및 호흡영역(Respiratory Region)에 침착될 수 있는 먼지(Respirable Dust)로 구분될 수 있으며, 도1(b)는 입자의 크기에 따라 각 영역에서 침착되는 분율을 표시하고 있다.
구체적으로 살펴보면, 도1(b)는 가로축이 입자의 크기(
)를 나타내고, 세로축은 각 영역에 침착되는 분율(Fraction)을 나타낸다. 침착되는 분율(Fraction)이 1인 경우 각 영역에서 표면과 접하는 경우 모두 침착된다는 의미이며, 0인 경우 침착되지 않는다는 의미이다.
머리영역(Head Region)은 인체에서 구강에 대응되는 영역으로, 인체에 미치는 영향이 적을 수 있다. 따라서, 흉부영역(Thoracic Region)에 침착될 수 있는 먼지의 농도가 미세먼지 농도의 중요한 지표가 될 수 있다.
도1(b)은 각각의 영역에 침착되는 분율 곡선 외에 PM(Particular Matter) 10 분율 곡선 및 PM(Particular Matter) 2.5 분율 곡선을 도시하고 있다. PM10 분율 곡선은 흉부영역(Thoracic Region)에 이하에 침착될 수 있는 먼지 분율 곡선과 유사하여 PM10 분율 곡선이 미세먼지 농도의 중요한 지표가 될 수 있다.
흉부영역(Thoracic Region)에 침착될 수 있는 먼지 분율 곡선은 머리영역(Head Region)을 통과한 먼지를 기준으로 나타난 분율 곡선이다. 다만, PM10 분율 곡선은 대기중의 먼지를 기준으로 나타난 분율 곡선이다. 따라서, 대기중의 먼지에서 인체의 흉부영역(Thoracic Region)이하 침투할 수 있는 먼지를 분별하는데 PM10 분율 곡선이 더 용이 할 수 있다.
PM 10 분율 곡선은 다음과 같이 정의될 수 있다.
구체적으로, 도 2(a)는 정의된 바와 같은 PM 분율 곡선을 도1(b)와 다른 가로축 범주에서 도시한 것이며, 도2(b)는 대응되는 데이터를 나타낸다.
상기 PM 10 분율 곡선은 미국 환경보호청에서 1997년에 공표한 기준이다. 경우에 따라서, PM 10 분율 곡선은 다른식으로 표현될 수 있으나, 기본적으로 PM10을 기준으로 시그모이드 곡선(sigmoid curve)를 나타나는 특징은 다르지 않다.
이하에서는, PM10 분율 곡선에 대응되어 먼지를 분별하고, 먼지 측정의 정확성을 높일 수 있는 본 발명에 따른 먼지 측정 장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 먼지 측정 장치의 주요 구성을 포함하는 블록도 이다.
먼지 측정 장치는 센싱부(110), 유로 형성부(120), 팬(fan)(130), 메모리(140), 전원공급부(150), 및 인터페이스부(160)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 구성요소들은 먼지 측정 장치를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 먼지 측정 장치는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 센싱부(110)는 온도 센서(111), 먼지 센서(112)를 포함할 수 있다.
온도 센서(111)는 먼지 측정 장치로 흡입되는 유체의 온도를 측정하며, 먼지 센서(112)는 광학식 먼지 센서(112)로 광을 조사하는 광 조사부(112a) 및 산란된 광을 수신하는 광 검출부(112b)를 포함할 수 있다.
광 검출부(112b)는 광 조사부(112a)서 조사한 광이 먼지에 반사되어 산란된 광을 전기 신호로 변환하고, 변환된 전기 신호를 통해 광 입자의 개수를 측정할 수 있다.
유로 형성부(120)는 먼지 입자의 크기에 따라 유로를 분류하는 입자 분류 유로(121) 및 광학식 먼지 센서(112)를 통한 정확한 센싱을 위해 먼지 입자를 집속하는 입자 집중 유로(122)를 포함할 수 있다.
입자 분류 유로(121)는 먼지 측정 장치로 흡입한 먼지를 입자 크기에 따라 특정 분율로 분류하여 먼지 센서(112)가 센싱하는 지점으로 유도하는 유로구조이다. 입자 분류 유로(121)는 먼지 통로가 둔각으로 분지되는 구조, 먼지 통로에 절곡부를 포함하는 구조, 먼지 통로의 단면 너비가 가변되는 구조등이 포함될 수 있다. 구체적으로, 입자 분류 유로(121)는 먼지 입자의 크기에 따라 상이한 관성력 및 저항력을 이용할 수 있다. 먼지가 무거운 경우 관성력에 의해 경로를 유지하는 특징이 강하며, 먼지가 크고 유속이 빠른 경우 저항력이 크게 작용할 수 있다. 구체적인 입자 분류 유로(121)는 이하 도 4 내지 도 11을 통해 구체적으로 살펴본다.
입자 집중 유로(122)는 먼지 센서(112)가 먼지를 센싱하는 지점에 대응되며, 먼지를 센싱하는 지점을 먼지가 집속하여 통과함으로써 먼지 센싱에 정확성을 높이는 유로구조이다. 입자 집중 유로(122)는 와류현상을 이용하여 먼지를 집속하는 구조로, 이와 관련하여서 도 12를 통해 구체적으로 살펴본다.
팬(fan)(130)은 먼지 측정 장치가 먼지를 유입하고 유출하는 동력을 제공할 수 있다. 팬(130)은 먼지 측정 장치 내부에서 유체를 이동하는 동력을 제공한다. 팬(130)이 유체를 이동하는 속도는 먼지에 작용하는 저항력에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 팬(130)의 회전 속도는 입자 분류 유로(131)에서 입자가 분류되는 분율을 다르게 할 수 있으므로, 제어부(170)를 통해 제어될 수 있다.
또한, 팬(130)은 온도 센서(111)를 통해 측정한 유체의 온도에 따라 회전 속도를 달리할 수 있다. 이는 유체의 온도에 따라 입자 분류 유로(131)에서 입자가 분류되는 분율을 달리하여 이를 보하기 위함이다.
메모리(140)는 온도 센서(111)에서 측정 한 유체의 온도에 대응하여 팬(130)의 회전 속도를 데이터화할 수 있고, 제어부(170)는 메모리(140)에 저장된 데이터를 기초로 팬(130)속도를 제어할 수 있다.
전원공급부(150)는 제어부(170)의 제어 하에서, 외부 전원, 내부의 전원을 인가 받아 먼지 측정 장치에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(150)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체 가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
인터페이스부(160)는 먼지 측정 장치에 연결되어 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행하다. 이러한 인터페이스부(160)는, 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 먼지 측정 장치는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기를 연결하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
제어부(170)는 먼지 측정 장치를 구성하는 구성요소들과 연결되어 각 구성요소를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 센싱부(110)를 통해 획득한 데이터를 분석하는 새로운 데이터를 생성하는 연산부의 기능을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 먼지 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 5는 도 4의 A-A' 방향 단면도 이다.
본 발명에 따른 먼지 측정 장치는, 수용공간을 형성하며 먼지를 포함하는 유체(400)가 유입되는 제1홀(311) 및 제1홀(311)을 통해 유입된 유체가 유출되는 제2홀(312)을 포함하는 제1 하우징(310), 유체(400)가 제1 홀(311)로 유입되어 제2홀(312)로 유출되는 동력을 제공하는 팬(340), 제1 하주징(310)에 실장되며 제1홀(311) 및 제2홀(312)을 연통하는 제1 먼지 통로(320), 제1 하주징(310)에 실장되며 제1 먼지 통로(320)에서 분지되고 제2 홀과 연통하는 제2 먼지 통로(330), 그리고, 제2 먼지 통로(330)를 지나는 먼지를 센싱하는 먼지 센싱 유닛(340)을 포함한다.
본 발명에 따른 먼지 측정 장치에서 제1 홀(311)로 유입된 먼지를 입자크기에 따라 특정 분율로 분류하는 구조는 도 3에서 설명한 입자 분류 유로(121)에 대응될 수 있다.
입자 분류 유로(121)의 일 실시예로, 제2 먼지 통로(330)는 제1 먼지 통로(320)과 먼지 유동방향을 기준으로 둔각을 형성하며 분지될 수 있다. 이는, 도 4 및 5에서 B영역에 대응되는 특징이다. B영역에서 무게가 무거운 큰 입자의 먼지는 관성에 의해 대부분 직진하여 제1 먼지 통로(320)를 지나지만, 무게가 가벼운 작은 입자는 관성력이 작아 제 2 먼지 통로(330)로 유입되는 비율과 제1 먼지 통로를 지나는 비율이 대등할 수 있다. 이와 관련하여, 도 6 및 7을 통해 구체적으로 살펴본다.
또한, 입자 분류 유로(121)의 일 실시예로, 제1 먼지 통로(330)는 제2 먼지 통로가 분지되는 지점 전후로 유체(400)가 지나는 단면의 너비가 상이할 수 있고, 제2 먼지 통로가 분지되는 지점에 단차부를 포함할 수 있다. 단면의 너비는 유속과 관련이 있어 먼지의 저항력에 영향을 미치므로, B영역에서 제1 통로의 단면 너비는 제2 먼지 통로로 유입될 수 있는 먼지의 분율에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 제2 먼지 통로(330)는 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점에서 유체(400)가 지나는 단면의 너비가 점차 증가하거나 또는 감소하는 구간을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 도 8을 통해 구체적으로 살펴본다.
또한, 입자 분류 유로(121)의 일 실시예로, 제 1 먼지 통로(320) 제1홀(311)과 연통되는 지점 및 제2 먼지통로(330)가 분지되는 지점 사이에 적어도 하나의 굴곡부를 포함할 수 있다. 또한, 제2 먼지 통로(330)는 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점 및 먼지 센싱 유닛(340)이 먼지를 센싱하는 지점(C영역) 사이에, 적어도 하나의 굴곡부를 포함할 수 있다. 무거운 먼지는 관성에 의해 직진성을 유지하여 통로의 벽면에 쌓이고, 가벼운 먼지는 굴곡부의 굴곡을 따라 유로가 변경될 수 있다. 따라서, 굴곡부는 유체 내부에서 무거운 먼지를 필터링 하는 역할을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 9를 통해 구체적으로 살펴본다.
먼지 센싱 유닛(340)은 광학식 먼지 센서로 C영역으로 광(500)을 조사하는 라이트 소스(341) 및 산란된 광을 수신하는 검출부(342)를 포함할 수 있다. C 영역은 제1 홀(311)로 유입된 먼지 중 B영역에서 제2 먼지 통로(330)로 유입된 먼지가 통과하고, 검출부(342)는 C영역에서 수신한 광을 전기신호로 전환하여 C영역을 지나는 먼지 개수를 측정할 수 있다. 즉, 먼지 센싱 유닛(340)은 입자 분류 유로에 의해서 특정 분율로 분류된 먼지의 개수를 측정하여 대기 중에 특정 분율에 대응되는 먼지 개수(또는, 농도)를 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 먼지 측정 장치는 C 영역에서 먼지가 집속되어 유동할 수 있다. 이는 도 3에서 입자 집중 유로(122)에 대응되는 특징이다. 본 발명에의 먼지 센싱 유닛(340)은 광을 조사하여 먼지를 센싱하는데, 먼지가 광을 조사하는 영역을 벗어나 유동하면 먼지 센싱 유닛(340)이 먼지를 센싱하는 정확성이 감소될 수 있다. 따라서, 먼지 센싱의 정확성을 높이기 위해 광을 조사하는 영역으로 먼지가 집속되어 유동할 필요가 있다. 이와 관련하여, 도 10을 통해 구체적으로 살펴본다.
팬(350)은 제1 홀(311)에서 대기중의 공기 또는 유체를 흡입하는 동력 및 제2홀(312)로 흡입된 공기 또는 유체를 배출하는 동력을 제공할 수 있다. 팬(350)이 유체를 흡입하는 속도는 먼지 입자에 작용하는 저항력과 연관이 있다. 저항력은 관성력과 함께 B 영역에서 먼지가 입자 크기에 따라 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 분율에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에 따른 먼지 측정 장치는 인터페이스(360)를 통해 외부 장치와 연결되어 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 인터페이스(360)는 도 3에서 설명한 인터페이스부(160)에 대응될 수 있다.
본 발명에 따른 먼지 측정 장치는 프리즘(370)을 통해 라이트 소스(341)가 조사한 광에서 산란되지 않은 광은 프리즘(370)을 통해 흡수할 수 있다. 라이트 소스(341)에서 조사한 광이 제2 먼지 통로(330)의 내벽에 반사되는 경우 검출부(342)에서 이를 수신하여 먼지 센싱에 오차가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 프리즘(370)은 라이트 소스(341)에서 조사한 광이 직접 유입되고, 내부에서 산란되어 외부로 방출하는 것을 방지할 수 있다. 경우에 따라서는, 프리즘 (270)는 일면에 흡광제를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 먼지 측정 장치는 제1 홀(311)로 유입된 유체의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서(380)를 포함할 수 있다. 도5는 온도 센서(380)가 제1 먼지 통로(320)에 구비되는 실시예를 도시하고 있다. 다만, 온도 센서(380)의 위치는 제2 먼지 통로(330)에 구비될 수 있다.
이하에서는, 제1 홀(311)로 유입된 먼지를 입자의 크기에 따라 특정 분율로 분류하는 입자 분류 유로(131, 도 3 참조)와 관련하여 구체적으로 살펴본다.
도 6 및 7은 본 발명의 입자 분류 유로의 일실시예로 제1 먼지 통로(320) 및 제2 먼지 통로(330)가 둔각으로 연결된 효과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 먼지 측정 장치로 유입된 먼지를 입자크기에 따라 특정 분율로 분류하기 위해, 제2 먼지 통로(330)가 제1 먼지 통로(320)와 먼지 유동방향을 기준으로 둔각을 형성하며 분지된다.
구체적으로, 본 발명의 먼지 측정장치에서 제2 먼지 통로(330)는 제1 먼지 통로(320)와 먼지 유동방향을 기준으로 120도 이상 및 150이하의 각도를 형성하며, 제1 먼지 통로(320)에서 분지될 수 있다.
도 6(a)는 B영역에서 제2 먼지 통로(330)가 제1 먼지 통로(320)와 135도를 형성하며 분지되는 실시예를 도시하고 있으며, 도 6(b)는 B영역에서 제2 먼지 통로(330)가 제1 먼지 통로(320)와 수직으로 분지되는 실시예를 도시하고 있다.
본 발명은 먼지 측정 장치로 유입된 먼지를 입자크기에 따라 분류하는 특정 분율은 도 1 및 2에서 설명한 PM 10 분율 곡선에 대응되는 분율일 수 있다. 즉, 본 발명은 먼지 측정 장치로 유입된 먼지를 입자크기에 따라 PM10 분율 곡선에 근사하게 분류할수록 정확성이 높다고 볼 수 있다.
PM10 분율 곡선은 정의된 바와 같이 PM10을 기준으로, 시그모이드 곡선 형상을 가지는데 특징이 있다.
도 7은 도6(a) 및 도 6(b)에 대응되는 분율 곡선을 도시한 그래프이다.
제2 먼지 통로(330)가 제1 먼지 통로(320)에서 135도로 분지되는 경우, 분율 곡선은 입자의 크기가 10μm를 기준으로 시그모이드 곡선을 가지는데 반해, 제2 먼지 통로(330)가 제1 먼지 통로(320)에서 수직으로 분지되는 경우, 입자의 크기가 10μm보다 작은 입자 크기를 기준으로 시그모이드 곡선을 가지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 제2 먼지 통로(330)가 제1 먼지 통로(320)에서 135도로 분지되는 경우, 제2 먼지 통로(330)가 제1 먼지 통로(320)에서 수직으로 분지되는 경우보다 가파른 기울기를 가지는 것을 확인 할 수 있다. 즉, 제2 먼지 통로(330)가 제1 먼지 통로(320)에서 135도로 분지되는 경우, PM10을 기준으로 분별하는 능력이 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명은 제2 먼지 통로(330)가 제1 먼지 통로(320)와 먼지 유동방향을 기준으로 둔각을 형성하며 분지됨으로써, 본 발명의 먼지 측정 장치는 PM10 분율곡선에 대응되도록 먼지 입자를 크기에 따라 분류할 수 있다.
이하에서는, 먼지 측정 장치로 유입된 먼지를 PM10 분율 곡선에 대응되도록 입자 크기에 따라 분류하는 입자 분류 유로(122, 도 3참조)의 다른 실시예를 살펴본다.
도 8은 도 5의 B영역 확대도 이다.
도 8에서 제2 먼지 통로(330)는 제1 먼지 통로(320)와 먼지(401, 402) 유동방향을 기준으로 둔각을 형성하고 있다. 먼지(401, 402)는 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점에서 관성력과 저항력에 의해 입자 크기에 따른 분율이 상이할 수 있다. 관성력은 먼지(401, 402)의 무게와 관련이 있으며, 저항력은 먼지(401, 402)의 크기 및 유속과 관련이 있을 수 있다.
입자가 큰 먼지(401)는 관성력이 저항력 보다 크기 때문에 직진성을 유지하고, 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 분율이 적다. 다만, 입자가 작은 먼지(402)는 관성력과 저항력이 같아 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 분율이 절반에 이를 수 있다.
즉, 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점에서, 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 유량과 제1 먼지 통로(320)를 유지하는 유량이 같다고 가정하는 경우, 제 2 먼지 통로(330)로 유입된 유체 중 큰 먼지(402) 농도는 0에 근사하고, 작은 먼지(403)는 대기 중 농도와 동일 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 먼지 측정 장치는 제2 먼지 통로(330)의 먼지를 센싱함으로써 대기중의 미세먼지의 농도, 특히 폐포에 침착될 수 있는 먼지의 농도를 센싱할 수 있다.
먼지가 입자 크기에 따라 제 2 먼지 통로(330)로 유입되는 분율을 도 1및 2에서 설명한 PM10 분율 곡선에 근사하게 하기 위해, 본 발명의 먼지 측정 장치는 제1 먼지 통로(320)에서 먼지(401, 402)가 지나는 단면의 너비가 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점 전후로 상이할 수 있다.
도 8(a)는 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점 전의 제1 먼지 통로 단면 너비(h1)가 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점 후의 단면 너비(h2) 보다 작은 실시예를 도시하고 있다.
또한, 도 8(b)는 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점 전의 제1 먼지 통로 단면 너비(h1)가 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점 후의 단면 너비(h2) 보다 큰 실시예를 도시하고 있다.
제1 먼지 통로(320)의 단면 너비는 유속과 관련이 있으며 이는 먼지 입자에 미치는 저항력과 관련이 있다. 따라서, 본 발명은 제2 먼지 통로(330)로 분지되는 지점 전후로 제1 먼지 통로(320)의 단면 너비를 달리하여 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 먼지의 입자 크기별 분율을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 먼지 측정 장치는 제1 먼지 통로(320)에서 먼지(401, 402)가 지나는 단면의 너비가 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점 전후로 상이하여 높이차(hd)를 형성하는 단차부를 포함할 수 있다. 단차부는 먼지의 경로를 일부 차단하거나 돌아가도록 하는 구성으로 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 먼지의 입자 크기별 분율에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 본 발명의 먼지 측정 장치는 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점에서 제2 먼지 통로(330)의 단면 너비가 점차 증가하거나 또는 감소하는 구산을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 8은 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점에서 제2 먼지 통로(330)의 단면 너비가 h3에서 h4로 증가하는 실시예를 도시하고 있다.
제2 먼지 통로(330)의 단면의 너비는 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 유속과 관련이 있다. 따라서, 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 구간에서 단면의 너비를 조정하여 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 먼지의 입자 크기별 분율을 PM10 분율 곡선에 근사하게 조정할 수 있다.
이하에서는, 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 먼지가 입자크기에 따라 PM10 분율로 분류되도록, 제1 먼지 통로 및 제2 먼지 통로가 굴곡부를 포함하는 특징을 살펴본다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 먼지 측정 장치를 설명하기 위한, 도 4의 A-A' 방향 단면도 이다.
본 발명에 따른 먼지 측정 장치는 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 먼지가 입자크기에 따라 특정 분율로 분류되도록, 제1 먼지 통로(320)는 제1홀(311)과 연통되는 지점 및 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점 사이에 적어도 하나의 굴곡부(322a, 322b)를 포함할 수 있다.
제1홀(311)로 유입되 먼지(400) 중 큰 먼지는 적어도 하나의 굴곡부(322a, 322b)에서 경로를 바꾸지 못하고 직진하여 통로의 일변에 부착될 수 있다. 즉, 적어도 하나의 굴곡부(322a, 322b)는 굴곡부(322a, 322b)를 지나는 먼지에서 큰 먼지를 필터링하는 역할을 할 수 있다.
특히, 제1 먼지 통로(320)는 제1 먼지 통로(320)가 제1 홀(311)과 수직하게 연통되는 제1 굴곡부(322a)를 포함할 수 있다.
제1 굴곡부(322a)는 제1 홀(311)로 유입된 먼지 중 큰 먼지는 직진성을 유지하여 제1 굴곡부(322a)를 형성하는 일면에 쌓이게 되고, 제 1 먼지 통로(320)를 따라 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점까지 유입되는 방지할 수 있다.
즉, 본 발명의 먼지 측정 장치는 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점 전에 제1 먼지 통로(320)에 굴곡부(322a, 322b)를 포함하여, 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점까지 큰 먼지가 도달하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 제2 먼지 통로(330)에서, 제2 먼지 통로(230)가 분지되는 지점 및 먼지 센싱 유닛(340)이 먼지를 센싱하는 지점 사이에 적어도 하나의 굴곡부(322a, 322b)를 포함할 수 있다.
제2 먼지 통로(330)의 굴곡부(322a, 322b)는 제2 먼지 통로(330)로 유입된 큰 먼지를 제거하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 제1 먼지 통로(330)의 굴곡부(322a, 322b) 및 제2 먼지 통로(330)가 둔각으로 연결되는 구조에도 불구하고 제2 먼지 통로로 유입된 큰 먼지는, 제2 먼지 통로(230)의 굴곡부(322a, 322b)를 통해 필터링될 수 있다.
특히, 제2 먼지 통로는 먼지 센싱 유닛(340)이 먼지를 센싱하는 지점으로 유체를 수직하게 유입하는 제2 굴곡부(322b)를 포함할 수 있고, 제2 굴곡부(322b)는 제2 굴곡부(322b)로 유입되는 유체의 경로 방향으로 함몰된 홈(333)을 포함하여, 먼지를 센싱하는 지점으로 유입되는 유체에서 큰 먼지를 필터링 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 입자 분류 유로에서 먼지의 이동 경로를 입자 크기별로 살펴본 도면이고, 도 11는 본 발명의 입자 분류 유로를 통해 먼지가 입자 크기에 따라 분류되는 분율을 PM10 정의 곡선과 비교 설명하는 도면이다.
도 10(a) 내지 도10(e)는 각각 제1 먼지 통로(320) 및 제2 먼지 통로(330)를 지나는 먼지(400)의 경로를 입자의 크기별로 살펴본 도면이다.
도 10(a)는 100μm 크기의 먼지(400)의 경로를 나타낸 도면이다. 100μm 크기의 먼지(400)는 제1 홀(311)로 유입되어 관성에 의해 직진성을 유지하고, 제1 먼지 통로(320)의 제2 먼지 통로(200)가 분지되는 지점까지 유입되지 못한다. 즉, 100μm 크기의 먼지(400)는 제1 먼지 통로(320)의 굴곡부로 필터링 될 수 있다.
도 10(b)는 20μm 크기의 먼지(400)의 경로를 나타낸 도면이다. 20μm 크기의 먼지(400)는 제2 먼지 통로(330)가 분지되는 지점에서 관성에 의해 직진성을 유지하게 된다. 즉, 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 정도가 미세할 수 있다. 또한, 제 2 먼지 통로(330)로 유입된 20μm 크기의 먼지(400)는 제 2 먼지 통로(330)의 굴곡부로 필터링 될 수 있다.
도 10(c)는 15μm 크기의 먼지(400)의 경로를 나타낸 도면이다. 15μm 크기의 먼지(400)는 20μm 크기의 먼지(400) 보다 좀더 제2 먼지 통로(330)로 유입될 수 있지만, 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 비율보다 직진성을 유지하여 제1 먼지 통로(320)의 경로를 유지하는 먼지가 더 많다.
도 10(d) 10μm 크기의 먼지(400)의 경로를 나타낸 도면이다. 10μm 크기의 먼지(400)는 15μm 크기의 먼지(400) 보다 좀 더 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 것을 확인 할 수 있다. 다만, 10 μm는 PM10 분율 곡선에서 기준이 되는 입자 크기로, 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 비율보다 직진성을 유지하여 제1 먼지 통로(320)의 경로를 유지하는 먼지가 더 많다.
도 10(e) 내지 도 10(h)는 각각 2.5 μm, 1 μm, 0.5 μm, 0.3 μm 크기의 먼지(400)의 경로를 나타낸 도면으로, 2.5 μm 이하 크기의 먼지(400)는 제2 먼지 통로(330)로 분류되는 비율이 절반에 이르는 것을 확인 할 수 있다. 즉, 제1 홀로(311)로 유입되는 먼지에서 상기 크기의 먼지는 절반이 제2 먼지 통로(330)로 유입될 수 있다. 따라서, 제1 홀로(311)로 유입되는 유량에서 제2 먼지 통로(330)로 유입되는 유량이 절반에 이른다면, 제2 먼지 통로를 지나는 단위 유량당 먼지 농도는 대기 중의 해당 크기 먼지 농도와 동일 할 수 있다. 즉, 도 10(e) 내지 도 10(h)는 분율 곡선에서 1에 근사한 분율을 가지는 입자 크기이다.
즉, 본 발명의 먼지 측정 장치는 제2 먼지 통로로 유입되는 먼지가 입자의 크기에 따라 분율이 상이하고, 상기 분율은 PM10 정의 곡선에 대응되는 분율일 수 있다.
따라서, 본 발명의 먼지 측정 장치는 제2 먼지 통로로 유입된 먼지를 센싱함으로써 대기 중의 먼지에서 PM10 정의 곡선에 대응되도록 분류된 먼지를 농도를 측정할 수 있다.
본 발명은 광학식 먼지 측정 장치로, 이하에서는 이상적인 PM10 정의 곡선에 근사하게 분류된 입자를 집속하여 정확하게 개수를 센싱하는 구조를 살펴본다.
도 12은 도 9의 A영역 확대도 이다.
본 발명의 제2 먼지 통로(330)는, 수용공간을 형성하며 유체가 유입되는 제3홀(335) 및 제3홀(335)을 통해 유입된 유체가 유출되는 제4홀(336)을 포함하는 제2 하우징(330b), 제1 먼지 통로(320, 도 9참고)에서 분지되어 제3 홀(335)로 유체를 유입하는 유입 통로(330a), 제4홀(336)에서 제2홀(312, 도 9 참고)로 유체를 유출하는 유출 통로(330c)를 포함할 수 있다.
먼지 센싱 유닛(340)은 제2 하우징(330b)을 지나는 먼지를 센싱할 수 있다.
먼지 센싱 유닛(340)은 제2 하우징(330b)의 일면에서 광을 조사하는 라이트 소스(341), 그리고, 제2 하우징(330b)의 타면에 구비되며, 산란된 광을 수신하는 검출부(342)를 포함할 수 있다.
제2 하우징(330b)는 제2 하우징(330b)을 가로지르는 일직선의 경로를 따라 먼지(400)가 유동하도록, 제3홀(335) 및 제4홀(336)을 대칭면에 대향하여 구비할 수 있다. 제3 홀(335) 및 제4홀(336)의 대칭 구조는 도 3에서 설명한 입자 집속 유로(122)에 대응될 수 있다.
제3홀(335) 및 제4홀(336)는 제2 하우징(330b)의 대칭면에 대향하여 구비됨으로써, 마주보는 제3홀(335) 및 제 4홀(336)을 중심축으로 좌우로 와류가 형성될 수 있다. 이를 통하여 좁은 홀을 통하여 이동할 때 발생하는 관성력과 좌우 대칭으로 발생하는 와류로 인하여 제3홀(335)로 유입된 먼지는 직진성을 유지하며 제4홀(336)로 유출될 수 있다.
이때, 먼지 센싱 유닛(340)의 라이트 소스(341)는 먼지(400)가 유동하는 일직선의 경로를 향해 광을 조사하여, 집속된 먼지의 개수를 측정할 수 있다.
제3홀(335)는 검출부(342)에서 산란된 광을 수신하는 영역의 너비보다 작은 직경을 가지며, 먼지(400)가 유동하는 일직선의 경로가 산란된 광을 수신하는 영역의 중앙 상공을 지나도록 제2 하우징(330b)의 일면에 구비될 수 있다.
즉, 먼지가 센싱되는 지점으로 이동한 작은 입자들은 검출부(342)에서 산란된 광을 수신하는 영역에서 일정한 거리를 두고 입자 집속 유로에 의해 집속됨으로써, 신호 처리시 보다 참값에 근사한 결과를 도출할 수 있다.
제 3홀(335)과 제4홀(336)은 동일한 직경을 가질 수 있지만, 경우에 따라서는 제4홀(336)이 없이 제2 하우징(330b)과 유출 통로(330c)가 연통되거나, 제4홀(336)의 직경이 제3홀(335) 보다 클 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 먼지 측정 장치는 라이트 소스(341)에서 조사한 광에서 먼지에 산란되지 않은 광을 수광하는 프리즘(270)을 포함할 수 있다. 프리즘(270)은 라이트 소스(341)에서 조사한 광을 흡수하여 검출부(342)가 먼지에 산란된 광외에 다른 광을 수신하는 것을 방지할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
110: 센싱부
111, 380: 온도 센서
112, 340: 먼지 센서(먼지 센싱 유닛)
112a, 341: 광 조사부(라이트 소스)
112b, 342: 광 검출부 120: 유로 형성부
121: 입자 분류 유로 122: 입자 집중 유로
130, 350: 팬 140: 메모리
150: 전원 공급부 160, 360: 인터페이스부
310: 제1 하우징 311: 제1홀
312: 제2 홀 320: 제1 먼지 통로
321a, 321b: 단차부 322a, 322b: 굴곡부
323: 홈 330: 제2 먼지 통로
330a: 유입통로 330b: 제2 하우징
330c: 유출통로 332a, 332b: 굴곡부
333: 홈 370: 프리즘
400: 먼지 401: 큰 먼지
402: 작은 먼지 500: 광
112, 340: 먼지 센서(먼지 센싱 유닛)
112a, 341: 광 조사부(라이트 소스)
112b, 342: 광 검출부 120: 유로 형성부
121: 입자 분류 유로 122: 입자 집중 유로
130, 350: 팬 140: 메모리
150: 전원 공급부 160, 360: 인터페이스부
310: 제1 하우징 311: 제1홀
312: 제2 홀 320: 제1 먼지 통로
321a, 321b: 단차부 322a, 322b: 굴곡부
323: 홈 330: 제2 먼지 통로
330a: 유입통로 330b: 제2 하우징
330c: 유출통로 332a, 332b: 굴곡부
333: 홈 370: 프리즘
400: 먼지 401: 큰 먼지
402: 작은 먼지 500: 광
Claims (18)
- 먼지 측정 장치에 있어서,
수용공간을 형성하며, 먼지를 포함하는 유체가 유입되는 제1홀 및 상기 제1홀을 통해 유입된 유체가 유출되는 제2홀을 포함하는 제1하우징;
상기 유체가 상기 제1홀로 유입되어 상기 제2홀로 유출되는 동력을 제공하는 팬;
상기 제1하우징에 실장되며, 상기 제1 홀 및 상기 제2 홀을 연통하는 제1 먼지 통로;
상기 제1하우징에 실장되며, 상기 제1 먼지 통로에서 분지되고, 상기 제2 홀과 연통되는 제2 먼지 통로; 그리고,
상기 제2먼지 통로를 지나는 먼지를 센싱하는 먼지 센싱 유닛; 을 포함하고,
상기 제2 먼지 통로는
상기 제1홀을 통해 유입된 먼지를 입자크기에 따라 특정 분율로 분류하기 위해, 상기 제1먼지 통로와 먼지 유동방향을 기준으로 둔각을 형성하며 분지되는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 먼지 통로는
상기 제2먼지 통로가 분지되는 지점 전후로 상기 유체가 지나는 단면의 너비가 상이한 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제2 항에 있어서,
상기 제1 먼지 통로는
상기 제2 먼지 통로가 분지되는 지점에 단차부를 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 먼지 통로는
상기 제1홀과 연통되는 지점 및 상기 제2먼지 통로가 분지되는 지점 사이에 적어도 하나의 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 적어도 하나의 굴곡부는
상기 제1 먼지 통로가 상기 제1 홀과 수직하게 연통되는 제1 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 먼지 통로는
상기 제2 먼지 통로가 분지되는 지점에서 상기 유체가 지나는 단면의 너비가 점차 증가하거나 또는 감소하는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 먼지 통로는
상기 제2 먼지 통로가 분지되는 지점 및 상기 먼지 센싱 유닛이 먼지를 센싱하는 지점 사이에, 적어도 하나의 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 적어도 하나의 굴곡부는
상기 먼지를 센싱하는 지점으로 상기 유체를 수직하게 유입하는 제2 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제 8항에 있어서,
상기 제2 굴곡부는
상기 제2 굴곡부로 유입되는 유체의 경로 방향으로 함몰된 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 제2 먼지 통로는
수용공간을 형성하며, 상기 유체가 유입되는 제3홀 및 상기 제3홀을 통해 유입된 유체가 유출되는 제4홀을 포함하는 제2 하우징;
상기 제1 먼지 통로에서 분지되어 상기 제3 홀로 상기 유체를 유입하는 유입 통로;
상기 제4홀에서 상기 제2홀로 상기 유체를 유출하는 유출 통로;를 포함하고,
상기 제2 하우징은
상기 제2 하우징을 가로지르는 일직선의 경로를 따라 먼지가 유동하도록, 상기 제3홀 및 상기 제4홀을 대칭면에 대향하여 구비하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제10항에 있어서,
상기 먼지 센싱 유닛은
상기 제2 하우징의 일면에서 광을 조사하는 라이트 소스; 그리고,
상기 제2 하우징의 타면에 구비되며, 산란된 광을 수신하는 검출부;를 포함하고,
상기 라이트 소스는
상기 먼지가 유동하는 상기 일직선의 경로를 향해 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 제3홀은
상기 검출부에서 산란된 광을 수신하는 영역의 너비보다 작은 직경을 가지며,
상기 먼지가 유동하는 상기 일직선의 경로가 상기 산란된 광을 수신하는 영역의 중앙 상공을 지나도록 상기 제2 하우징의 일면에 구비되는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 제3홀은
상기 제4홀과 동일한 직경 또는 작은 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 먼지 통로로 유입되는 유량은 상기 제1홀을 통해 유입된 유량의 절반에 대응되는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 먼지 센싱 유닛은
상기 제2 먼지 통로로 유입되는 단위 유량 대비 먼지 개수를 측정하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 특정 분율은
인체의 폐포에 흡수되는 PM(Particular Matter) 10 분율에 대응되는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 먼지 통로는
상기 제1 먼지 통로와 먼지 유동방향을 기준으로 120도 이상 및 150이하의 각도를 형성하며, 상기 제1 먼지 통로에서 분지되는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 먼지 측정 장치는
상기 제1홀을 통해 유입되는 유체의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고,
상기 팬은
상기 온도 센서에서 측정된 온도에 대응하여 상기 제1 홀로 유입되는 유량을 가변하는 것을 특징으로 하는 먼지 측정 장치.
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