KR20230032181A

KR20230032181A - 미세오염물질입자 측정장치

Info

Publication number: KR20230032181A
Application number: KR1020210114715A
Authority: KR
Inventors: 오정은; 신재용
Original assignee: 주식회사 센트리
Priority date: 2021-08-30
Filing date: 2021-08-30
Publication date: 2023-03-07

Abstract

미세오염물질입자 측정장치가 제공된다. 미세오염물질입자 측정장치는, 감지센서, 감지센서와 면하게 배치된 챔버, 및 챔버의 양 측에 관통 형성된 인렛부와 아웃렛부를 포함하여, 인렛부로부터 챔버를 통과하여 아웃렛부로 이동하는 입자를 감지센서로 측정하는 메인측정기, 일단부가 인렛부에 연결된 유입배관, 유입배관의 타단부에 결합되고 내부에 유입배관과 연결된 유로가 형성된 몸체, 몸체 일부가 개방되어 형성되고 유로와 연결된 시료유입구, 및 유로 내 형성되어 시료유입구로 유입된 유입물질 중 측정대상보다 상대적으로 입경이 큰 대입경입자를 제거하고 나머지를 유입배관으로 제공하는 분류모듈을 포함하는 전처리기, 및 유입배관 상에 배치되고 유입배관을 가열하여 유입배관을 통해 메인측정기로 제공되는 측정물질의 온도를 조절하는 온도조절기를 포함한다. 한편 본 발명은 서울특별시 서울산업진흥원 서울글로벌챌린지 2021(GC210008) "지하철　터널용 실시간 고농도 미세먼지 측정기 개발" 을 통해 개발된 기술이다.

Description

미세오염물질입자 측정장치{Fine pollutant particle measuring apparatus}

본 발명은 오염물질입자를 측정하는 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 상대적으로 입경이 작은 미세 오염물질입자를 고농도의 시료로부터 측정하며, 측정과정에서 발생할 수 있는 장치의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는 오염물질입자 측정장치에 관한 것이다.

대기오염물질은 공기가 있는 다양한 장소에 분포한다. 실외의 개방된 장소에 분포된 오염물질은 기류에 의해 확산되어 자연스럽게 농도가 조절될 수 있지만, 실내에 체류하는 오염물질은 환기상태에 따라 농도 조절이 어려울 수도 있다. 폐쇄되고 막힌 공간에서 오염물질의 농도는 크게 높아질 수 있다.

예를 들어, 지하를 굴착하여 만든 지하철 터널이나 지하철 역 등에서 미세먼지와 같은 입상의 오염물질은 매우 고농도로 분포한다. 환기설비가 되어 있더라도, 지하 수 미터 내지 수십 미터 아래 위치하는 지하터널 등을 충분히 환기시키기는 어려운 일이므로 지하시설 내 오염물질 농도는 대부분 매우 높게 유지된다.

따라서 관련 기관 등에서는 이러한 시설 내 오염물질 농도를 지속적으로 측정하고 모니터링 하게 된다. 오염물질은 다양한 종류의 센서를 사용하여 측정할 수 있으며 센서에 따라 측정 정확도, 측정물질 등은 달라질 수 있다. 대한민국 특허10-1988292 등에 관련 기술이 개시된 바 있다.

그러나 기중에는 다양한 크기의 오염물질 입자들이 혼재되어 있는바 이로부터 특정 크기 이하의 오염물질을 구분하여 측정하고자 하는 경우 상당한 어려움을 겪을 수 있다. 특히, 지하철 터널이나 지하철 역과 같이 오염물질이 고농도로 분포하는 지하시설에서 미세 오염물질에 대한 측정결과는 얻기 더욱 곤란하며, 더욱이 고농도 오염물질에 의해 측정기기의 오염이 발생하는 경우가 많아 지속적인 모니터링도 곤란하였다. 따라서 이에 대한 해결방안이 필요하였다.

한편, 본 발명은 서울특별시 서울산업진흥원 서울글로벌챌린지 2021(GC210008) "지하철 터널용 실시간 고농도 미세먼지 측정기 개발" 을 통해 개발된 기술이다.

대한민국등록특허공보 제10-1988292호, (2019. 06. 12), 명세서

본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상대적으로 입경이 작은 미세 오염물질입자를 고농도의 시료로부터 측정하며, 측정과정에서 발생할 수 있는 장치의 오염을 효과적으로 방지할 수 있는 미세오염물질입자 측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한될 필요는 없으며 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 미세오염물질입자 측정장치는, 감지센서, 상기 감지센서와 면하게 배치된 챔버, 및 상기 챔버의 양 측에 관통 형성된 인렛부와 아웃렛부를 포함하여, 상기 인렛부로부터 상기 챔버를 통과하여 상기 아웃렛부로 이동하는 입자를 상기 감지센서로 측정하는 메인측정기; 일단부가 상기 인렛부에 연결된 유입배관; 상기 유입배관의 타단부에 결합되고 내부에 상기 유입배관과 연결된 유로가 형성된 몸체, 상기 몸체 일부가 개방되어 형성되고 상기 유로와 연결된 시료유입구, 및 상기 유로 내 형성되어, 상기 시료유입구로 유입된 유입물질 중 측정대상보다 상대적으로 입경이 큰 대입경입자를 제거하고 나머지를 상기 유입배관으로 제공하는 분류모듈을 포함하는 전처리기; 및 상기 유입배관 상에 배치되고 상기 유입배관을 가열하여 상기 유입배관을 통해 상기 메인측정기로 제공되는 측정물질의 온도를 조절하는 온도조절기를 포함한다.

상기 분류모듈은, 상기 유로를 가로질러 배치되는 유동저지판과, 상기 유동저지판의 둘레에 형성된 관통공, 상기 유동저지판 상에 형성되고 내부에 포집체를 수용하는 포집체수용함, 및 상기 포집체수용함에 수용되며 점성이 있는 물질로 이루어진 상기 포집체를 포함하고, 상기 온도조절기는 상기 측정물질의 온도를 조절하여 상기 측정물질의 점도를 낮출 수 있다.

상기 몸체는, 상기 유동저지판을 경계로 양 측으로 착탈되는 제1몸체 및 제2몸체를 포함할 수 있다.

상기 미세오염물질입자 측정장치는, 상기 시료유입구와 중첩하여 배치되고 다수의 통공이 형성된 격자형 필터체를 더 포함할 수 있다.

상기 온도조절기는 상기 유입배관을 둘러싸고 상기 유입배관의 길이방향을 따라 연장된 히팅재킷으로 형성될 수 있다.

상기 메인측정기는, 상기 챔버로 광을 입사시켜 상기 챔버 내 입자로부터 산란광을 생성하는 광주입부를 더 포함하고, 상기 감지센서는 상기 산란광을 감지하여 입자를 측정하는 광다이오드를 포함하여 형성될 수 있다.

상기 미세오염물질입자 측정장치는, 상기 인렛부와 연결되고 상기 챔버 내측으로 연장되되 말단이 상기 감지센서 전단에 위치하여 상기 측정물질을 내부에 가두었다가 상기 감지센서 전단에서 배출하는 인챔버유도관을 더 포함할 수 있다.

상기 미세오염물질입자 측정장치는, 상기 챔버 내 상기 인챔버유도관의 반대편에 배치되고 상기 아웃렛부와 연결되며 상기 아웃렛부를 향해 경사진 경사면으로 이루어진 가이드링을 더 포함할 수 있다.

상기 미세오염물질입자 측정장치는, 상기 챔버 내 상기 감지센서의 반대편에 배치되어 상기 산란광을 상기 감지센서 측으로 반사시키는 반사경을 더 포함할 수 있다.

상기 미세오염물질입자 측정장치는, 상기 아웃렛부와 연결되는 배출배관, 및 상기 배출배관에 연결되어 압력구배를 형성하는 펌프를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 다양한 입경을 갖는 입상 오염물질이 혼재한 고농도의 시료로부터 특정 입경 이하의 미세 오염물질을 효과적으로 측정할 수 있다. 특히 본 발명은 측정과정에서 오염물질들에 의한 내부의 불필요한 오염을 최소화할 수 있어, 지하철 터널, 지하철 역사 등 오염물질이 고농도로 분포하는 지하시설에서도 매우 원활하게 오염물질을 측정하고 모니터링 할 수 있다. 본 발명은 오염물질 측정을 실시간으로 진행할 수 있고, 설치지점에 간편하게 설치하여 사용 가능하며, 측정이 정확하게 이루어지는 등 여러 다른 장점들도 가지고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 미세오염물질입자 측정장치의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 미세오염물질입자 측정장치의 주요부 내부구조를 보여주기 위해 a-a 단면과 b-b 단면을 함께 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 메인측정기의 c-c 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 미세오염물질입자 측정장치의 작동도이다.
도 5는 도 3의 메인측정기의 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 명세서에서 '미세오염물질'은 입자상 오염물질(예, 분진, 연기, 검댕, 박무, 연무질, 훈연, 안개, 비산재, 먼지, 연하, 스모그, 공중 알레르기 물질, 연무 등) 중 입경이 상대적으로 작은 것으로서 메인측정기에서 측정되는 측정대상일 수 있다. 미세오염물질은, 바람직하게는 25㎛이하, 보다 바람직하게는 10㎛이하, 보다 더 바람직하게는 2.5㎛이하, 그보다 더 바람직하게는 1㎛이하의 입경을 갖는 입자상 오염물질일 수 있다. 한편, 본 명세서에서 미세오염물질은 오염물질을 크기로 구분한 것일 뿐 성상 등을 고려하는 의미는 아니다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 의한 미세오염물질입자 측정장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 미세오염물질입자 측정장치의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 미세오염물질입자 측정장치의 주요부 내부구조를 보여주기 위해 a-a 단면과 b-b 단면을 함께 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 메인측정기의 c-c 단면을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 미세오염물질입자 측정장치(1)는 메인측정기(100), 전처리기(200), 및 메인측정기(100)와 전처리기(200) 사이에 배치된 온도조절기(300)를 포함한다. 메인측정기(100)는 센서를 이용하여 미세오염물질입자를 측정하며, 전처리기(200)는 메인측정기(100) 전단에서 후술하는 방식으로 측정대상보다 입경이 큰 대입경입자를 제거한다. 따라서 메인측정기(100)로 측정범위 내 미세오염물질입자의 측정을 정확하고 원활하게 진행할 수 있으며 또한, 불필요한 오염물질에 의한 메인측정기(100)의 오염도 효과적으로 막을 수 있다. 이를 통해 고농도의 시료로부터 특정 입경 이하의 미세오염물질입자에 대한 측정을 정확하고, 안전하게 진행할 수 있다.

또한 본 발명은 온도조절기(300)로 전처리기(200)와 메인측정기(100) 사이의 물질 유동로[유입배관(10)일 수 있다]를 가열하여 메인측정기(100)로 유입되는 물질을 건조시킬 수 있다. 특히 이러한 건조과정을 통해 물질의 점도를 낮추어 물질 내 미세오염물질입자를 분리하고, 입자의 수분이나 그 외 유체(예를 들어, 기름성분 등 점도 상승을 유발하는 것일 수 있음)에 의한 영향을 최소화하여 미세오염물질입자를 더욱 정확하게 측정할 수 있다. 메인측정기(100)는 이러한 온도조절기(300)의 작용에 의해, 광산란 방식으로 매우 정확하게 미세오염물질입자를 측정하는 것이 가능하다. 아울러 측정물질을 건조시킴으로써, 장치 내부에 이들이 부착되는 것도 막을 수 있는바, 측정물질의 유입에 따른 장치의 오염문제도 더욱 효과적으로 해소할 수 있다.

이러한 본 발명의 미세오염물질입자 측정장치(1)는 구체적으로, 다음과 같이 구성된다. 미세오염물질입자 측정장치(1)는, 감지센서(도 2 및 도 3의 111참조), 감지센서(111)와 면하게 배치된 챔버(도 2 및 도 3의 110참조), 및 챔버(110)의 양 측에 관통 형성된 인렛부(120)와 아웃렛부(130)를 포함하여, 인렛부(120)로부터 챔버(110)를 통과하여 아웃렛부(130)로 이동하는 입자를 감지센서(111)로 측정하는 메인측정기(100), 일단부가 인렛부(120)에 연결된 유입배관(10), 유입배관(10)의 타단부에 결합되고 내부에 유입배관(10)과 연결된 유로(도 2의 202참조)가 형성된 몸체(201), 몸체(201) 일부가 개방되어 형성되고 유로(202)와 연결된 시료유입구(도 2의 211참조), 및 유로(202) 내 형성되어, 시료유입구(211)로 유입된 유입물질 중 측정대상보다 상대적으로 입경이 큰 대입경입자를 제거하고 나머지를 유입배관(10)으로 제공하는 분류모듈(도 2의 220a참조)을 포함하는 전처리기(200), 및 유입배관(10) 상에 배치되고 유입배관(10)을 가열하여 유입배관(10)을 통해 메인측정기(100)로 제공되는 측정물질의 온도를 조절하는 온도조절기(300)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 메인측정기(100)는 챔버(110)로 광을 입사시켜 챔버(110) 내 입자로부터 산란광을 생성하는 광주입부(102)를 더 포함하고, 감지센서(111)는 산란광을 감지하여 입자를 측정하는 광다이오드(photo diode)를 포함하여 형성될 수 있다. 또한 미세오염물질입자 측정장치(1)는, 아웃렛부(130)와 연결되는 배출배관(20), 및 배출배관(20)에 연결되어 압력구배를 형성하는 펌프(30)를 더 포함하여 능동적으로 측정물질을 이동시키면서 측정을 진행할 수 있다. 이하, 이러한 본 발명의 일 실시예를 기초로 본 발명의 구성 및 작용효과 등을 보다 상세히 설명한다.

시료를 유입하여 처리하는 순서에 맞추어, 전처리기(200), 유입배관(10) 및 온도조절기(300), 메인측정기(100), 배출배관(20) 및 펌프(30)의 순으로 설명을 진행한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 전처리기(200)는, 유입배관(10)의 타단부에 배치된다. 후술하여 다시 설명하겠지만, 유입배관(10)의 일단부는 메인측정기(100)의 인렛부(120)와 연결되고 타단부는 외측으로 연장된다. 그러한 유입배관(10)의 타단부에 전처리기(200)를 배치하여 최초 유입된 시료[즉 측정장치 주변에서 시료유입구(211)를 통해 유입된 유입물질]에서 크기가 큰 입상물질들은 제거할 수 있다. 도 2를 참조하면, 전처리기(200)는 유입배관(10)의 타단부에 결합되고 내부에 유입배관(10)과 연결된 유로(202)가 형성된 몸체(201), 몸체(201) 일부가 개방되어 형성되고 유로(202)와 연결된 시료유입구(211), 및 유로(202) 내 형성된 분류모듈(220a)을 포함한다. 분류모듈(220a)을 이용하여 시료유입구(211)로 유입된 유입물질 중 상대적으로 입경이 큰 대입경입자를 제거하고 나머지를 유입배관(10)으로 제공할 수 있다.

전처리기(200)의 유로(202)는 몸체(201)를 관통하여 형성되며 일 측은 유입배관(10)으로 연결되고 타 측은 시료유입구(211)로 연결된다. 그 사이에서 유로(202)는 폭이 변동되거나 부분적으로 경사면이 형성된 형태 등으로 형상이 바뀔 수 있다. 예를 들어, 유로(202)는 시료유입구(211)와 분류모듈(220a) 사이에서는 분류모듈(220a) 방향으로 폭이 감소할 수 있으며 시료유입구(211) 측으로 확장되는 경사면을 포함하는 형태일 수 있다. 또한 유로(202)는 분류모듈(220a)과 유입배관(10) 사이에서는 유입배관(10) 방향으로 폭이 감소할 수 있으며 분류모듈(220a) 측으로 확장되는 경사면을 포함하는 형태일 수 있다. 유로(202)는 분류모듈(220a)이 위치한 지점에서는 급격히 폭이 확대되어 유속을 낮추는 일종의 체류공간으로 형성될 수 있다. 그와 같이 유로(202) 내 확장된 공간에 분류모듈(220a)이 배치될 수 있다.

분류모듈(220a)의 구조를 좀더 상세히 설명한다. 도 2를 참조하면, 분류모듈(220a)은 유로(202)를 가로질러 배치되는 유동저지판(221)과, 유동저지판(221)의 둘레에 형성된 관통공(224), 유동저지판(221) 상에 형성되고 내부에 포집체(223)를 수용하는 포집체수용함(222), 및 포집체수용함(222)에 수용되며 점성이 있는 물질로 이루어진 포집체(223)를 포함할 수 있다. 후술하는 온도조절기(300)는 이러한 분류모듈(220a)을 통과한 후 메인측정기(100)로 제공되는 측정물질의 온도를 조절하여 측정물질의 점도를 낮출 수 있다. 유동저지판(221)은 유로(202)를 가로지르는 판상의 구조물일 수 있으며, 포집체수용함(222)과 일체로 형성될 수 있다. 포집체수용함(222)은 유동저지판(221)에서 시료유입구(211) 방향으로 돌출된 일종의 용기와 같은 구조로 형성될 수 있다. 관통공(224)은 유동저지판(221)의 둘레에 유동저지판(221)을 관통하여 형성되며 포집체수용함(222)보다 외측에 배치된다.

포집체수용함(222) 내부에는 포집체(223)가 수용된다. 포집체(223)는 점성이 있는 물질로 이루어져 점성을 이용하여 관성에 의해 가속된 입자를 표면에 포집할 수 있다. 포집된 입자는 상대적으로 무거운 입자일 수 있으며 크기로 보면 상대적으로 측정대상보다 입경이 큰 대입경입자(도 4의 B참조)일 수 있다. 포집체(223)로 그러한 대입경입자를 제거함으로써 유입배관(10)으로는 대부분 입경이 작은 미세오염물질입자가 함유된 측정물질을 공급해 줄 수 있다. 포집체(223)는 예를 들어, 점성을 갖는 오일성분이 포함된 것일 수 있으며 그러한 성분이 반고체 형태로 형성된 것일 수 있다. 그러한 포집체(223)는 통상의 그리스(grease)와 같은 윤활유 등도 포함될 수 있다. 그러나 포집체(223)가 이와 같이 한정될 필요는 없으며 점성을 갖는 다양한 물질을 포집체(223)로 사용할 수 있다. 포집체(223)는 점성을 갖는 단일물질 또는 둘 이상의 물질이 복합된 복합물질 등으로 다양하게 형성될 수 있다.

전처리기(200)의 몸체(201)는 유동저지판(221)을 경계로 양 측으로 착탈되는 제1몸체(210) 및 제2몸체(220)를 포함할 수 있다. 제1몸체(210)와 제2몸체(220)는 나사결합 방식 등으로 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 유동저지판(221)을 제1몸체(210)와 제2몸체(220) 사이의 경계에 배치하여, 제1몸체(210)와 제2몸체(220)를 분리하면 유동저지판(221)이 외부로 노출되게 형성할 수 있다. 따라서 노출된 유동저지판(221)을 통해 포집체수용함(222)에도 손쉽게 접근할 수 있으며, 포집체(223)에 포집된 포집물들도 원활하게 배출시킬 수 있다. 또한 포집체(223)를 교환하는 등의 작업도 용이하게 진행할 수 있다.

시료유입구(211)는 몸체(201) 일부가 개방되어 형성된다. 시료유입구(211)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1몸체(210) 측에 형성될 수 있다. 시료유입구(211)는 몸체(201) 둘레에 복수로 배치할 수 있으며 예를 들어, 몸체(201)의 중심에서 반경방향으로 관통시켜 형성할 수 있다. 그러한 방식으로 몸체(201) 내부의 유로(202)와 시료유입구(211)를 연결할 수 있다. 필요에 따라, 시료유입구(211)와 중첩하여 배치되고 다수의 통공이 형성된 격자형 필터체(212)를 배치하는 것도 가능하다. 격자형 필터체(212)를 이용하여 덩어리가 큰 오염물 등이 전처리기(200) 내부로 유입되지 않게 막을 수 있다. 또한 측정지역 주변에 있는 날벌레 등도 유입되지 않게 차단할 수 있다. 격자형 필터체(212)는 착탈이 가능하므로, 반드시 설치할 필요는 없으며 필요 없는 경우에는 제거하고 사용할 수 있다.

몸체(201)의 상단에는 몸체(201) 외측으로 확장된 캡(230)이 결합될 수 있다. 캡(230)은 나사 등에 의해 결합되어 착탈이 가능하며, 캡(230)을 분리하면 격자형 필터체(212)도 빼낼 수 있다. 캡(230)은 기본적으로 빗물이나 낙수, 또는 오물이 장치 내부로 침투하는 것을 막는 역할을 할 수 있다. 그러나 캡(230)의 구조는 다른 형태로도 변형될 수 있다. 예를 들어 캡(230)은, 확장되어 시료유입구(211)의 외측을 부분적으로 가릴 수도 있으며 그를 통해 시료유입구(211)로 유입되는 외기의 유동을 조절하여 풍압 및/또는 풍량을 일정하게 조절하는 역할을 할 수도 있다. 그러한 경우 캡(230)은 예를 들면, 경사진 덮개를 포함할 수 있고 경사진 덮개는 일정 간격으로 서로 중첩되어 다층구조를 형성할 수도 있다. 이때 각 덮개는 경사면으로 외기의 유동방향 및/또는 유속을 조절하는 일종의 댐퍼 역할을 할 수 있다. 예시된 외에도 다양한 구조로 캡(230)을 변형하여 시료유입구(211)로 유입되는 풍압 및/또는 풍량을 조절하는 것도 얼마든지 가능하다. 시료유입구(211) 역시 특정 배치로 한정될 필요는 없으므로 캡(230)의 변형에 따라 풍압 및/또는 풍량 조절효과가 증폭되도록 대응하여 배치를 바꿀 수 있다.

시료유입구(211)로 유입되는 유입물질은 측정장치 주변에 분포하는 고농도의 오염물질이 그대로 유입된 것일 수 있다. 유입물질은 시료유입구(211)와 연결된 유로(202)를 따라 전술한 분류모듈(220a)을 통과하게 되며, 분류모듈(220a)에서 상대적으로 입경이 큰 대입경입자가 제거된 후 나머지 측정물질들만 유입배관(10)으로 공급된다. 따라서 유입배관(10)과 연결된 메인측정기(100)에서는 상대적으로 입경이 작은 미세오염물질입자에 대한 측정을 원활하게 진행할 수 있다. 분류모듈(220a)에 의한 처리과정 등에 대해서는 후술하여 좀더 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 유입배관(10)은 일단부가 인렛부(120)에 연결된다. 유입배관(10)의 타단부는 전처리기(200)와 결합된다. 유입배관(10)은 전처리기(200)와 메인측정기(100) 사이에 배치되어 전처리기(200)를 통과한 측정물질들이 이동하는 통로로 기능한다. 유입배관(10)은 내부가 빈 관체로 형성될 수 있으며 길이나 형상, 직경 등은 다양하게 조절될 수 있다. 유입배관(10)의 연장방향을 변경하면 타단부의 전처리기(200)와 일단부의 메인측정기(100) 사이의 간격이나 거리, 배치상태를 바꾸는 것도 가능하다. 여러 가지 다양한 형태로 유입배관(10)을 전처리기(200)와 메인측정기(100) 사이에 배치할 수 있다.

온도조절기(300)는 유입배관(10) 상에 배치된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 온도조절기(300)를 유입배관(10) 상에 중첩되게 배치할 수 있다. 온도조절기(300)는 유입배관(10)을 가열하여 유입배관(10)을 통해 메인측정기(100)로 제공되는 측정물질[즉, 시료유입구(211)로 유입된 유입물질 중 분류모듈(220a)에서 상대적으로 입경이 큰 대입경입자를 제거하고 난 나머지 물질]의 온도를 조절할 수 있으며, 측정물질의 온도를 조절하여 측정물질의 점도를 낮출 수 있다. 온도조절기(300)는 유입배관(10)을 가열하여 온도를 상승시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 온도조절기(300)는 유입배관(10)을 둘러싸고 유입배관(10)의 길이방향을 따라 연장된 히팅재킷으로 형성될 수 있다. 즉 배관을 둘러싸며 배관방향으로 연장된 재킷 형태의 가열구조로 배관의 길이방향으로 유동하는 측정물질을 더욱 넓은 구간에서 가열할 수 있다.

온도조절기(300)는 예를 들어, 유입배관(10)을 둘러싸는 발열선 등을 포함하여 형성될 수 있다. 전술한 재킷 형태의 가열구조는 내부에 발열선 등이 내장된 것일 수 있다. 가열구조의 발열선 외측은 보온재 등으로 둘러싸여 있을 수 있다. 도시되지 않았지만, 온도조절기(300) 외측에 전원을 배치하고 발열선으로 공급되는 전력을 가감하여 온도조절기(300)의 온도를 적절하게 조절할 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며, 가능한 경우, 온도조절기(300)는 유입배관(10) 외측에 유체 형태의 열원을 접촉시켜 열교환 방식으로 유입배관(10)을 가열하는 구조로도 형성할 수 있다. 예를 들어 측정장치가 배치되는 시설로부터 버려지는 열을 활용 가능한 경우 그러한 구조 등을 적용하는 것도 가능하다. 온도조절기(300)는 유입배관(10)을 가열하여 측정물질의 온도를 조절할 수 있는 다양한 구조로 변형할 수 있다.

메인측정기(100)는 인렛부(120)를 통해 유입배관(10)과 연결된다. 메인측정기(100)는 인렛부(120) 반대편에 배치된 아웃렛부(130)를 포함하여 측정물질을 인렛부(120)로 유입하고 아웃렛부(130)로 배출할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 메인측정기(100)는 감지센서(111), 감지센서(111)와 면하게 배치된 챔버(110), 챔버(110)의 양 측에 관통 형성된 인렛부(120)와 아웃렛부(130)를 포함하여, 인렛부(120)로부터 챔버(110)를 통과하여 아웃렛부(130)로 유동하는 입자를 감지센서(111)로 측정할 수 있다. 메인측정기(100)는 챔버(110)로 광을 입사시켜 챔버(110) 내 입자로부터 산란광을 생성하는 광주입부(102)를 포함하여, 온도조절기(300)에 의해 건조된 입자를 광산란 방식으로 측정할 수 있다. 감지센서(111)는 산란광을 감지하여 입자를 측정하는 광다이오드(photo diode)를 포함하여 형성될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 메인측정기(100)의 구조를 좀더 상세히 설명한다. 메인측정기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 함체부(101) 일 측에 광주입부(102)가 결합된 형태로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 것처럼 함체부(101) 내 챔버(110)가 형성되며 도 3에 도시된 것처럼 함체부(101) 양 측으로 챔버(110)를 관통하는 인렛부(120)와 아웃렛부(130)가 돌출 형성될 수 있다. 인렛부(120)와 아웃렛부(130)는 내부에 통로가 형성되어 있을 수 있으며 외측은 유입배관(10) 또는 배출배관(20)과 같은 관로구조와 결합이 용이한 형상으로 형성되어 있을 수 있다.

광주입부(102)는 내부에 챔버(110)로 주입하는 광을 생성하는 구조를 포함할 수 있으며 광을 챔버(110) 측으로 입사시키는 광학계 등도 포함하고 있을 수 있다. 광주입부(102)에서 생성되는 광은 레이저광일 수 있으며 광주입부(102) 내부에 레이저광을 생성하는 광발진장치 등이 배치될 수 있다. 광주입부(102)는 함체부(101)와 연통된 광통로를 통해 함체부(101) 내 챔버(110)로 광을 주입할 수 있다. 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같은 입광부(113)를 통해서 광주입부(102)에서 생성된 광이 챔버(110) 내부로 주입될 수 있다. 챔버(110) 내 입광부(113) 맞은편에는 반대편에 도달한 광이 챔버(110)로 재입사하지 않도록 광을 가두는 흡광부(114) 등이 형성될 수 있다.

챔버(110)는 함체부(101) 내에 배치된다. 도 3을 참조하면, 챔버(110)는 함체부(101) 내 대략 원형의 형태로 형성될 수 있다. 감지센서(111)는 챔버(110)의 중앙에 위치할 수 있으며 도 2와 같이 챔버(110)의 바닥 쪽에 감지센서(111)를 배치하여 챔버(110)와 감지센서(111)가 서로 면하게 형성할 수 있다. 챔버(110) 내 감지센서(111)의 반대편에는 산란광을 감지센서(111) 측으로 반사시키는 반사경(112)을 배치할 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이 감지센서(111)가 챔버(110)의 바닥 쪽에 배치되는 경우, 반사경(112)은 챔버(110)의 천정 쪽에 곡면 형태로 배치할 수 있다.

한편 챔버(110) 내측에는 인렛부(120)와 연결되고 챔버(110) 내측으로 연장되되 말단이 감지센서(111) 전단에 위치하는 인챔버유도관(121)이 형성될 수 있다. 인챔버유도관(121)은 인렛부(120)와 연결되어 인렛부(120)로 공급된 측정물질을 내부로 통과시킬 수 있으며, 특히, 측정물질을 내부에 가두었다가 감지센서(111) 전단에서 배출할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 인챔버유도관(121)은 인렛부(120)로부터 감지센서(111) 측으로 연장되되 말단이 감지센서(111) 바로 앞에 위치할 수 있다. 인챔버유도관(121)의 말단은 개방되어 있으므로 측정물질은 인챔버유도관(121)을 빠져 나온 후 부분적으로 확산될 수 있다. 이러한 인챔버유도관(121)을 따라 측정물질을 공급하여 챔버(110) 내 측정물질의 불필요한 확산을 막고 인챔버유도관(121)과 인접한 감지센서(111)로 보다 정확하게 미세오염물질입자를 측정할 수 있다. 인챔버유도관(121)의 길이나 직경 등은 측정물질의 유동량, 감지센서(111)의 위치, 챔버(110)의 크기 등에 따라 적절히 조정될 수 있다.

또한 챔버(110) 내 인챔버유도관(121)의 반대편에는 아웃렛부(130)와 연결되며 아웃렛부(130)를 향해 경사진 경사면으로 이루어진 가이드링(131)이 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드링(131)은 챔버(110) 내 아웃렛부(130)와 연통되는 아웃렛부(130)의 입구 둘레에 형성될 수 있다. 가이드링(131)은 인챔버유도관(121)과의 거리를 감안하여 측정물질이 확산 가능한 영역에 배치될 수 있다. 챔버(110)의 크기가 증가되면 가이드링(131)의 크기도 커질 수 있다. 가이드링(131)은 인챔버유도관(121)에서 가속된 오염물질이 단차구조 등에 적체되는 것을 막는 역할을 하며 그에 따라 경사면으로 형성될 수 있다. 경사면은 곡면을 포함할 수 있으며 곡면을 포함하는 경사면으로 부드럽게 연결된 가이드링(131)을 형성할 수 있다. 이러한 가이드링(131)을 통해 챔버(110) 밖으로 측정물질을 원활하게 배출할 수 있다.

전술한 광주입부(102)와 감지센서(111)는 제어신호를 입출하고 센서측정값 등을 저장하는 제어모듈 등과 연결될 수 있고, 그러한 제어모듈은 그러한 기능을 구현하는 부품이 실장된 PCB기판(printed circuit board)으로 형성될 수 있다. 메인측정기(100)는 예를 들어, 함체부(101) 일 측에 PCB기판 등을 수용하는 기판수용부(도 1 및 도 2의 103참조)를 배치하여 제어구조로 원활하게 구현할 수 있다. 광주입부(102)와 기판수용부(103) 및 감지센서(111)와 기판수용부(103) 사이에는 양측을 전기적으로 연결하는 전력선 등이 연결되어 있을 수도 있다. 그러나 이는 하나의 예시이므로, 메인측정기(100)의 구조는 필요에 따라 또 다른 형태로도 얼마든지 변형될 수 있다. 메인측정기(100) 하부에는 하중을 받치기 위한 지지대와 같은 구조물도 배치할 수 있다.

배출배관(20)은 메인측정기(100)의 아웃렛부(130)와 연결되어 챔버(110)를 통과한 측정물질을 외부로 배출한다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 아웃렛부(130)와 배출배관(20)을 연결하여 메인측정기(100)에서 측정을 진행한 측정물질들은 바로 배출시킬 수 있다. 배출배관(20)에는 펌프(30)가 연결될 수 있으며, 펌프(30)가 형성하는 압력구배에 의해 측정대상을 유동시켜 측정을 진행할 수 있다. 배출배관(20)은 내부가 빈 관체로 형성될 수 있다. 배출 측의 위치에 따라 배출배관(20)의 연장방향 등은 바꾸어 줄 수 있다. 펌프(30)는 음압으로 관로 내 압력 차를 형성할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있으며 그러한 한도 내에서 특별히 제한될 필요는 없다. 펌프(30)는 유체구동에 적합한 것을 사용할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 본 발명은 다음과 같이 동작하며 미세오염물질입자를 측정할 수 있다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 동작을 좀더 상세히 설명한다.

도 4는 도 2의 미세오염물질입자 측정장치의 작동도이며, 도 5는 도 3의 메인측정기의 작동도이다.

도 4를 참조하면, 우선 미세오염물질입자 측정장치(1) 주변에서 전처리기(200)로 유입물질(A1)이 유입된다. 시료유입구(211)를 통해 전처리기(200) 내부로 유입된 유입물질(A1)은 측정장치 외부의 고농도 오염물질이 그대로 유입된 것이므로 유입물질(A1) 안에는 메인측정기(100)의 측정대상보다 상대적으로 입경이 큰 대입경입자들도 대량 포함되어 있을 수 있다. 그러한 입자들이 메인측정기(100) 내부로 그대로 유입되면 챔버(110)를 오염시키고 측정오차를 발생시킬 수 있으므로 전처리기(200)의 분류모듈(220a)에서 먼저 입자의 분류작업을 진행한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전처리기(200)로 유입된 유입물질(A1)은 유로(202)를 따라서 분류모듈(220a)로 도달된다. 분류모듈(220a)은 유로(202) 내부에서 유동저지판(221)으로 유입물질(A1)을 감속하고 포집체수용함(222)에 수용된 포집체(223)에 상대적으로 질량이 큰 대입경입자(B)를 포집한다. 예를 들어 포집체(223)는 점성을 이용하여 표면에 관성으로 충돌한 입자를 그대로 포집하고 유입물질(A1)로부터 제거할 수 있다. 전처리기(200) 내 유로는 분류모듈(220a) 전방에서 분류모듈(220a)을 향하는 방향으로 폭이 감소되어 유입물질(A1)을 포집체(223) 방향으로 유도할 수 있다. 이를 통해 유입물질(A1) 내 함유된 상대적으로 입경이 큰 대입경입자(B)들을 분류모듈(220a)에서 대부분 제거할 수 있다. 대입경입자(B)는 메인측정기(100)의 주된 측정대상(즉, 본 발명의 미세오염물질입자)보다 입경이 큰 입자로서, 바람직하게는 25㎛초과, 보다 바람직하게는 10㎛초과, 보다 더 바람직하게는 2.5㎛초과, 그보다 더 바람직하게는 1㎛초과인 입경을 갖는 것일 수 있다. 상대적으로, 메인측정기(100)에서 측정되는 미세오염물질입자는 대입경입자(B)보다 입경이 작은 입자로서, 바람직하게는 25㎛이하, 보다 바람직하게는 10㎛이하, 보다 더 바람직하게는 2.5㎛이하, 그보다 더 바람직하게는 1㎛이하의 입경을 갖는 것일 수 있다. 따라서 상대적으로 입경이 큰 오염물질 입자를 분류모듈(220a)에서 미리 제거하고 메인측정기(100)에서 그보다 입경이 작은 미세오염물질입자를 원활하게 측정할 수 있다.

유입물질(A1) 중 포집체(223)에 포집되지 않은 나머지는 관통공(224)을 통해 분류모듈(220a)의 후단으로 이동된다. 이들이 실질적인 측정물질(A2)이 되며 측정물질(A2)은 분류모듈(220a)의 후단에서 전처리기(200)의 유로(202)와 연결된 유입배관(10)으로 공급된다. 특히 측정물질(A2)은 유입배관(10)을 따라 메인측정기(100)로 유동하는 동안 유입배관(10)에 형성된 온도조절기(300)에 의해 가열되어 온도가 상승되고, 그로 인해 함유하고 있는 수분이나 유체성분 등이 건조되어 점도가 크게 낮아지게 된다. 예를 들어 측정물질(A2) 중 일부가 분류모듈(220a)을 통과하는 동안 전술한 포집체(223)와의 부분적인 상호작용 등에 의해 점성이 일부 증가될 수도 있지만, 유입배관(10)을 통과하는 동안 지속적으로 가열되고 건조되므로, 메인측정기(100)에 유입되기 직전에는 건조상태로 각 입자가 분리되어 측정에 매우 유리한 상태로 변환될 수 있다. 온도조절기(300)는 필요에 따라 온도를 적절히 증감시키며 이러한 작용을 할 수 있다.

이러한 과정을 통해 건조해진 측정물질(A2)은 도 5에 도시된 바와 같이 인렛부(120)를 통해 챔버(110)로 유입된다. 측정물질(A2)은 도 5에 도시된 바와 같이 아웃렛부(130)를 통해 챔버(110)를 빠져나가게 되며, 메인측정기(100)는 챔버(110) 내 감지센서(111)로 측정물질(A2)에 함유된 미세오염물질입자를 측정하게 된다. 특히 전술한 바와 같이, 인챔버유도관(121)을 이용하여 감지센서(111) 전단까지 측정물질(A2)을 가두었다가 감지센서(111) 직전에서 배출시키는 방식으로 챔버(110) 내 불필요한 입자의 확산을 막고 측정 정확도도 높일 수 있다. 또한 인챔버유도관(121)에서 가속된 측정물질(A2)들은 챔버(110) 내 맞은 편에 형성된 가이드링(131)의 경사면을 따라 아웃렛부(130) 내부로 유도되므로, 측정물질(A2)을 신속하게 챔버(110)로부터 배출시킬 수 있다. 측정물질(A2)의 입출이 신속하고 측정물질(A2)의 이동경로에 정체요소들도 제거되어 있는바 측정물질(A2)을 빠르게 이동시키면서 미세오염물질입자의 측정을 진행할 수 있다. 또한 그로 인해 챔버(110) 내부의 오염도 효과적으로 방지할 수 있다.

메인측정기(100)는 전술한 바와 같이 광산란 방식으로 미세오염물질입자를 측정할 수 있다. 도 5를 참조하면, 챔버(110) 내부로 주입된 광(L)은 예를 들어, 챔버(110) 중심부에서 인챔버유도관(121)으로부터 배출된 측정물질(A2) 안의 입자에 의해 산란될 수 있다. 광(L)은 광주입부(102)에서 생성되어 전술한 입광부(도 4의 113참조)로 토출될 수 있으며 챔버(110) 내 산란광은 반사경(도 2의 112참조)에 의해 감지센서(111) 측으로 집중될 수 있다. 감지센서(111)는 감지된 산란광의 양 등을 전기신호(예를 들면, 펄스)로 변환할 수 있으며 변환신호의 정보로부터 측정물질(A2) 내 입자의 입경 및 개수 등을 측정할 수 있다. 특히, 입자 측정 시 전술한 온도조절기(도 2의 300참조)에 의한 건조과정으로 입자가 개별 분리되므로, 산란광 생성 시 오차 등을 감소시킬 수 있고 그로 인해 측정장치가 실제 입자크기를 보다 정확히 측정하는 효과를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 건조된 입자들은 챔버(110) 및 그와 연결된 유동경로 내 부착되지 않고 손쉽게 유동되므로 장치의 오염을 방지하는 데에도 더욱 크게 기여할 수 있다. 이와 같은 방식으로 고농도의 시료로부터 미세오염물질입자를 측정할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 미세오염물질입자 측정장치 10: 유입배관
20: 배출배관 30: 펌프
100: 메인측정기 101: 함체부
102: 광주입부 103: 기판수용부
110: 챔버 111: 감지센서
112: 반사경 113: 입광부
114: 흡광부 120: 인렛부
121: 인챔버유도관 130: 아웃렛부
131: 가이드링 200: 전처리기
201: 몸체 202: 유로
210: 제1몸체 211: 시료유입구
212: 격자형 필터체 220: 제2몸체
220a: 분류모듈 221: 유동저지판
222: 포집체수용함 223: 포집체
224: 관통공 230: 캡
300: 온도조절기
A1: 유입물질 A2: 측정물질
B: 대입경입자 L: 광

Claims

감지센서, 상기 감지센서와 면하게 배치된 챔버, 및 상기 챔버의 양 측에 관통 형성된 인렛부와 아웃렛부를 포함하여, 상기 인렛부로부터 상기 챔버를 통과하여 상기 아웃렛부로 이동하는 입자를 상기 감지센서로 측정하는 메인측정기;
일단부가 상기 인렛부에 연결된 유입배관;
상기 유입배관의 타단부에 결합되고 내부에 상기 유입배관과 연결된 유로가 형성된 몸체, 상기 몸체 일부가 개방되어 형성되고 상기 유로와 연결된 시료유입구, 및 상기 유로 내 형성되어, 상기 시료유입구로 유입된 유입물질 중 측정대상보다 상대적으로 입경이 큰 대입경입자를 제거하고 나머지를 상기 유입배관으로 제공하는 분류모듈을 포함하는 전처리기; 및
상기 유입배관 상에 배치되고 상기 유입배관을 가열하여 상기 유입배관을 통해 상기 메인측정기로 제공되는 측정물질의 온도를 조절하는 온도조절기를 포함하는 미세오염물질입자 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 분류모듈은, 상기 유로를 가로질러 배치되는 유동저지판과, 상기 유동저지판의 둘레에 형성된 관통공, 상기 유동저지판 상에 형성되고 내부에 포집체를 수용하는 포집체수용함, 및 상기 포집체수용함에 수용되며 점성이 있는 물질로 이루어진 상기 포집체를 포함하고,
상기 온도조절기는 상기 측정물질의 온도를 조절하여 상기 측정물질의 점도를 낮추는 미세오염물질입자 측정장치.
제2항에 있어서,
상기 몸체는, 상기 유동저지판을 경계로 양 측으로 착탈되는 제1몸체 및 제2몸체를 포함하는 미세오염물질입자 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 시료유입구와 중첩하여 배치되고 다수의 통공이 형성된 격자형 필터체를 더 포함하는 미세오염물질입자 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 온도조절기는 상기 유입배관을 둘러싸고 상기 유입배관의 길이방향을 따라 연장된 히팅재킷으로 형성되는 미세오염물질입자 측정장치
제1항에 있어서,
상기 메인측정기는, 상기 챔버로 광을 입사시켜 상기 챔버 내 입자로부터 산란광을 생성하는 광주입부를 더 포함하고, 상기 감지센서는 상기 산란광을 감지하여 입자를 측정하는 광다이오드를 포함하여 형성되는 미세오염물질입자 측정장치.
제6항에 있어서,
상기 인렛부와 연결되고 상기 챔버 내측으로 연장되되 말단이 상기 감지센서 전단에 위치하여 상기 측정물질을 내부에 가두었다가 상기 감지센서 전단에서 배출하는 인챔버유도관을 더 포함하는 미세오염물질입자 측정장치.
제7항에 있어서,
상기 챔버 내 상기 인챔버유도관의 반대편에 배치되고 상기 아웃렛부와 연결되며 상기 아웃렛부를 향해 경사진 경사면으로 이루어진 가이드링을 더 포함하는 미세오염물질입자 측정장치.
제6항에 있어서,
상기 챔버 내 상기 감지센서의 반대편에 배치되어 상기 산란광을 상기 감지센서 측으로 반사시키는 반사경을 더 포함하는 미세오염물질입자 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 아웃렛부와 연결되는 배출배관, 및 상기 배출배관에 연결되어 압력구배를 형성하는 펌프를 더 포함하는 미세오염물질입자 측정장치.