실시간 디젤 입자 측정을 위한 Multi-Port DMA-CPC System의 개발 및 성능 평가

Abstract

Gasolin Engine에 비해 Diesel Engine은 높은 열 효율을 가지고 있으며, CO2 배출문제에 있어서 유리한 점을 가지고 있다. 그러나 Diesel Engine의 배기가스에 대한 처리문제는 여전히 중요한 과제로 남아있으며, 특히 그 중에서 입자상 물질을 저감시키기 위한 기술 개발이 이뤄지고 있으며 배기가스 계측 설비에 대한 변경도 요구되고 있는 실정이다. 지금까지의 PM에 대한 배출가스는 질량측정법으로 그 허용기준을 정하고 있다. 그러나 상대적으로 큰 입자의 경우에는 질량측정방법으로 기준을 정해 인체에 유해한 성분을 규제하여 큰 효과를 얻고 있으나 작은 입자의 경우 수가 많고 표면적이 넓기 때문에 인체에 해롭다는 연구결과들이 발표되고 있어 최근 입자의 개수를 규제하는 배출가스 허용기준을 도입하려는 논의가 이루어지고 있다. 현재 입자 분포 측정에 가장 많이 쓰이고 있는 방법은 DMA와 CPC를 이용한 SMPS측정법이다. 하지만 이 측정방법은 소요시간이 2분 이상 걸려, 실시간으로 변화하는 Diesel engine의 PM 분포를 정확하게 측정하기 힘들다는 단점이 있다. 이에, 본 연구는 조건에 따라 시시각각으로 변하는 입자분포를 실시간으로 측정하기 위한 시스템의 개발하여 그 성능을 평가하였다. DMA란 입자가 가진 유체 관성력과 전기적 특성을 이용하여 일정한 사이즈의 입자를 걸러주는 장비이고 이를 이용하여 DMA에 분해능을 높인 Multi port DMA를 제작하였다. 또한 입자의 광학적 특성을 이용하여 입자 수를 측정하는 장비인 CPC의 원리를 이용하여 Multi port DMA에 사용할 수 있는 Multi port CPC를 설계, 제작하였다. 이 두 가지 장비를 사용하여 Multi port DMA-CPC시스템을 구성하고 실시간 PM 분포 측정에 사용할 수 있는지를 평가하였으며 SMPS로 측정된 입자분포와 비교, 분석하였다. 실험 결과 Multi-Port DMA-CPC System 이 실시간 입자 분포 측정에 적합함을 확인할 수 있다.