CN113905801A - 微细颗粒聚集方法及装置 - Google Patents

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李海仲
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Abstract

为了输出低频声波来聚集及去除微细颗粒，本发明的一实施例提供一种微细颗粒聚集方法，其特征在于，包括：初始微细颗粒测定步骤，利用微细颗粒测定部生成包含净化区域中的微细颗粒的污染程度的微细颗粒测定数据并向所述音源转换部输出；低频及声压数据提取步骤，所述音源转换部根据所述微细颗粒测定数据提取存储在存储部的用于微细颗粒聚集的低频音源的低频及声压；音源转换步骤，所述音源转换部将输出音源转换为所述低频音源来使得所述输出音源具有所提取的所述低频及声压数据；以及微细颗粒聚集步骤，低频声波发生部接收所述低频音源并将其作为用于微细颗粒聚集的低频声波输出，从而聚集微细颗粒。

Description

微细颗粒聚集方法及装置
技术领域
本发明涉及捕集在空气、水或流体中存在的超细粉尘、超微塑料等超微细颗粒或微细颗粒的技术，更详细地，涉及利用声波使空气、水等介质中的超微细颗粒或微细颗粒聚集的微细颗粒聚集方法及装置。
背景技术
通常，粉尘并不是自然因素引起的，而是由化石燃料的燃烧、道路、铁路等的扬尘等人为因素造成的。近来，将0.1μm以下的颗粒物分类为超细粉尘并单独管理，原因在于，这种粉尘会引起支气管炎症反应、哮喘、慢性支气管炎、气道阻塞，或者妨碍肺组织中的细菌灭活或清除作用，从而引起呼吸系统的感染，同时也是心肌梗塞、脑卒中、心律失常、猝死等心血管疾病的重要危险因素。
微塑料为了向牙膏、清洁剂、磨砂膏等添加而在塑料加工过程中以小于5mm的大小来制造，或者将使用后丢弃的塑料产品的破坏粉碎过程中微粒化而生成，经调查，在全球范围内的人类所能到达的最深的深海中、瓶装水或自来水、鱼的鳃和鳞、深海浮游生物等中均检测出微塑料。这种微塑料可通过吸附有害的化学物质来成为运输有毒物质的介质，当被海洋生物摄食时，可导致肠梗阻或饮食失调等，当在人体内累积时，可发生激素紊乱、免疫体系紊乱等。
由此，国家层面上正在努力减少粉尘、超细粉尘及微塑料的危害，但是，尚没有个人为了阻隔从室外流入的超细粉尘或微塑料而容易实施的方案。
因此，需要研发如下的装置及方法：在并不使用昂贵的过滤器或对环境有害的水处理剂或者可能对人体有害的超声波等情况下，以对人体无害的方式有效去除并聚集包括在饮用水或生活用水等中的粉尘、超细粉尘、微塑料或超微塑料。
现有技术文献
韩国公开专利第2017-0097390号
发明内容
技术问题
为了解决如上所述的现有技术的问题，本发明的一实施例的目的在于，提供如下的微细颗粒聚集方法及装置：接收音源(非压缩格式)或音源再生单元(压缩格式)的信号，并转换为使用人员难以察觉到的可听频率内的低频音源后，通过再生向介质输出低频声波，由此，使介质中的粉尘、超细粉尘、微塑料或超微塑料等微细颗粒或超微细颗粒振动碰撞来将其聚集。
并且，为了解决如上所述的现有技术的问题，本发明的一实施例的目的在于，提供如下的微细颗粒聚集去除装置及方法：在流体(介质)内部产生低频声波，聚集并捕集包括在流体内部的粉尘、超细粉尘、微塑料或超微塑料等微细颗粒或超微细颗粒并将其去除。
但是，上述技术问题仅为示例性的，并非用于限定本发明的技术思想。
技术方案
用于解决如上所述的本发明的问题，本发明一实施例提供一种微细颗粒聚集方法，其特征在于，包括：初始微细颗粒测定步骤，利用微细颗粒测定部生成包含净化区域中的微细颗粒的污染程度的微细颗粒测定数据并向上述音源转换部输出；低频及声压数据提取步骤，上述音源转换部根据上述微细颗粒测定数据提取存储在存储部的用于微细颗粒聚集的低频音源的低频及声压；音源转换步骤，上述音源转换部将输出音源转换为上述低频音源来使得上述输出音源具有所提取的上述低频及声压数据；以及微细颗粒聚集步骤，低频声波发生部接收上述低频音源并将其作为用于微细颗粒聚集的低频声波输出，从而聚集微细颗粒。
在上述音源转换步骤中，能够以具有大于0Hz且小于等于4000Hz的低频的方式将上述输出音源转换为上述低频音源。
在上述音源转换步骤中，能够以具有0dB至100dB范围的声压的方式将上述输出音源转换为上述低频音源。
在上述微细颗粒聚集步骤中，可通过包括一个以上的促动器对的促动器部输出与上述低频音源相对应的低频声波，上述一个以上的促动器对包括相向的多个促动器。
在上述音源转换步骤之后，上述微细颗粒聚集方法还可包括音源放大步骤，音源放大部在接收从上述音源转换部输出的上述低频音源并放大后向上述低频声波发生部输出。
在上述微细颗粒聚集步骤之后，上述微细颗粒聚集方法还可包括：低频及声压测定步骤，低频声波测定部在检测上述低频声波的频率和声压后向上述音源转换部传输，上述低频声波以与上述低频音源相对应的方式输出；低频音源的低频及声压比较步骤，上述音源转换部对所接收的上述低频和声压与所提取的上述低频和声压进行比较；以及低频音源反馈调整步骤，当所接收的上述低频和声压与所提取的上述低频和声压不一致时，上述音源转换部在调整上述低频音源来使得上述低频音源具有所提取的上述低频和声压后，返回上述微细颗粒聚集步骤并再次执行处理过程。
用于解决如上所述的本发明的问题，本发明另一实施例提供一种微细颗粒聚集装置，其特征在于，包括：微细颗粒测定部，通过测定净化区域中的微细颗粒的污染程度来生成微细颗粒测定数据并向上述音源转换部输出；音源转换部，在接收上述微细颗粒测定数据后提取输出音源，将上述输出音源转换为具有用于微细颗粒聚集的低频及声压的低频音源来输出；以及一个以上的低频声波发生部，将从上述音源转换部中输出的上述低频音源作为低频声波向微细颗粒净化区域再生并输出。
上述音源转换部可包括存储部，用于存储基于上述输出音源和上述微细颗粒的污染程度的用于微细颗粒聚集的低频及声压数据。
上述微细颗粒聚集装置还可包括音源放大部，在向上述低频声波发生部输入从上述音源转换部中输出的上述低频音源之前接收并放大输出。
本发明的特征在于，上述低频大于0Hz且小于等于4000Hz。
本发明的特征在于，上述声压在0dB至100dB的范围内。
上述低频声波发生部可包括多个促动器，在上述净化区域中设置有相向的一个以上的对，从而通过放大低频声波来提高上述微细颗粒的聚集效率，上述低频声波以与上述低频音源相对应的方式输出。
上述微细颗粒聚集装置还可包括低频声波测定部，在检测上述低频声波的频率及声压后向上述音源转换部传输，当比较上述低频及声压且上述低频及声压不一致时，上述音源转换部可调节上述低频音源的低频及声压来输出。
用于解决如上所述的本发明的问题，本发明一实施例提供微细颗粒聚集去除装置，其特征在于，包括：聚集通道部，形成包含微细颗粒的流体的移动路径；以及低频声波发生部，向上述聚集通道部的内部输出用于聚集上述微细颗粒的低频声波，上述聚集通道部由一个以上的单位聚集通道构成，上述一个以上的单位聚集通道包括：聚集腔室，在下部形成有聚集体排出流路；以及Y流路形成部，将上述聚集腔室的内部区域形成为Y型流路。
本发明的特征在于，在上述聚集腔室中，上部的一侧由流体流入口形成，上述流体流入口的另一侧由流体排出口形成，在下部形成上述聚集体排出流路，上部具有覆盖上述Y流路形成部的漏斗结构。
本发明的特征在于，上述Y流路形成部以具有下端部从上述聚集腔室的内侧朝向下方突出的周期性的T形截面结构的方式构成，从而在多个上述聚集腔室各自的内部形成Y型流路。
本发明的特征在于，上述低频声波发生部包括多个促动器，上述多个促动器以在上述聚集通道部中相向的方式设置有一个以上的对。
本发明的特征在于，上述多个促动器以在上述聚集腔室的上述Y流路形成部的T形截面的下端部的下部的位置相向的方式设置。
本发明的特征在于，上述微细颗粒聚集去除装置还包括微细颗粒测定部，通过测定向上述聚集通道部流入的由气体或液体构成的流体来生成微细颗粒测定数据，并输出上述微细颗粒测定数据。
本发明的特征在于，上述微细颗粒聚集去除装置还包括控制部，与上述微细颗粒测定数据相对应来生成具有用于微细颗粒聚集的频率及声压的低频音源，并向上述低频声波发生部输出。
本发明的特征在于，上述控制部包括存储部，存储用于微细颗粒聚集的按照微细颗粒污染程度的频率及声压数据。
本发明的特征在于，上述频率在20Hz至20kHz的范围内。
本发明的特征在于，上述声压在0dB至100dB的范围内。
本发明的特征在于，上述微细颗粒聚集去除装置还包括：测定传感部，检测上述聚集通道部内部的低频声波的频率及声压后向上述控制部传输；以及残留微细颗粒测定部，测定从上述聚集通道部排出的包含在流体的残留微细颗粒并向上述控制部传输，上述控制部执行低频音源反馈控制调整，在上述低频音源反馈控制调整过程中，接收聚集通道部内部的低频声波的频率、声压以及上述残留微细颗粒测定信息来改变低频音源的频率及声压并输出。
本发明的特征在于，上述微细颗粒聚集去除装置还包括捕集部，用于捕集在上述聚集通道部的内部聚集的微细颗粒聚集体。
用于解决如上所述的本发明的问题，本发明另一实施例提供流体中的微细颗粒聚集去除方法，其特征在于，包括：初始微细颗粒测定步骤，利用微细颗粒测定部生成净化对象流体内部的微细颗粒测定数据并向控制部输出；音源生成步骤，上述控制部根据上述微细颗粒测定数据提取存储在存储部的用于微细颗粒聚集的低频音源的频率及声压来生成低频音源并输出；微细颗粒聚集步骤，低频声波发生部向上述聚集腔室的内部输出与上述低频音源相对应的低频声波来聚集微细颗粒；以及聚集的微细颗粒捕集步骤，利用捕集部去除聚集的微细颗粒聚集体。
本发明的特征在于，在上述音源生成步骤中，生成上述低频音源，来使得上述低频音源具有20Hz至20kHz范围的频率。
本发明的特征在于，在上述音源生成步骤中，生成上述低频音源，来使得上述低频音源具有0dB至100dB范围的声压。
本发明的特征在于，在上述微细颗粒聚集步骤中，通过一个以上的促动器对输出上述低频声波，上述一个以上的促动器对以相向的方式设置在上述聚集通道部的多个聚集腔室。
本发明的特征在于，在上述微细颗粒聚集步骤中，在上述聚集腔室的Y流路形成部的T形截面的下端部的下部位置相向，用于输出上述低频声波。
本发明的特征在于，在上述音源生成步骤之后，上述流体中的微细颗粒聚集去除方法还包括音源放大步骤，音源放大部接收从上述控制部输出的上述低频音源并放大后向上述低频声波发生部输出。
本发明的特征在于，上述流体中的微细颗粒聚集去除方法还包括：反馈控制数据测定步骤，为了控制对于低频音源的反馈，向上述控制部输出通过测定多个上述聚集腔室内部的低频声波的频率和声压或者排出的流体内部的残留微细颗粒来生成的反馈控制数据；微细颗粒去除效率达成判断步骤，上述控制部利用所接收的上述反馈控制数据来判断是否达成微细颗粒去除目标；以及低频音源反馈调整步骤，当上述微细颗粒去除效率达成判断步骤的判断结果未达成微细颗粒去除目标效率时，以提高聚集效率的方式调节低频音源的频率和声压来重新生成并输出低频音源。
本发明的特征在于，还包括微细颗粒去除作业完成判断步骤，当上述微细颗粒去除效率达成判断步骤的判断结果达成微细颗粒去除目标效率时，若微细颗粒去除作业未完成，则返回微细颗粒聚集步骤来重复执行处理过程，若微细颗粒去除作业完成，则完成处理过程。
有益效果
如上所述的本发明一实施例的微细颗粒聚集方法及装置提供如下效果：利用低频声波聚集包含在空气或流体中的微细颗粒，由此，在不使用昂贵的过滤器、对环境有害的水处理剂的情况下，能够以低廉的费用去除空气或流体等介质中的超细粉尘、超微塑料、粉尘或微塑料等微细颗粒。
并且，如上所述的本发明一实施例的微细颗粒聚集方法及装置提供如下效果：通过不使用对环境有害的水处理剂等有害物质来去除微细颗粒，由此，当去除微细颗粒时，对环境及人体没有恶劣影响，并可容易去除微细颗粒。
并且，如上所述的本发明一实施例的微细颗粒聚集去除装置及方法提供如下的效果：在不使用昂贵的过滤器、对环境有害的水处理剂的情况下，能够以低廉的费用有效去除空气或流体等介质中的超细粉尘、超微塑料、粉尘或微塑料等微细颗粒。
并且，如上所述的本发明一实施例的微细颗粒聚集去除装置及方法提供如下效果：通过不使用对环境有害的水处理剂等有害物质来去除微细颗粒，由此，当去除微细颗粒时，对环境及人体没有恶劣影响，并可容易去除微细颗粒。
附图说明
图1为示出本发明一实施例的微细颗粒聚集方法的处理过程的流程图。
图2为本发明一实施例的用于微细颗粒聚集的微细颗粒聚集装置100的功能框图。
图3为本发明一实施例的用于去除饮用水或生活用水等流体中的微细颗粒聚集的微细颗粒聚集装置100的设置状态图。
图4为本发明一实施例的为了去除空气中的微细颗粒聚集而设置于室内的微细颗粒聚集装置100的设置状态图。
图5为示出本发明一实施例的通过与用于微细颗粒聚集的低频音源相对应而输出的低频声波来聚集微细颗粒的图。
图6为示出本发明一实施例的通过与用于微细颗粒聚集的低频音源相对应而输出的低频声波来聚集微细颗粒的机制的图。
图7为示出对于本发明一实施例的用于微细颗粒聚集的低频音源，通过由包括相互成对的多个促动器对的多个促动器构成的低频声波发生部生成的低频声波的叠加的图。
图8为示出本发明一实施例的从用于微细颗粒聚集的由相向的促动器对构成的促动器部中输出的低频声波的强度与从单个促动器中输出的低频声波的强度之差的曲线图。
图9为示出未再生低频音源的情况、将低频音源的低频和声压改变来输出的情况中的粉尘浓度测定值的曲线图。
图10为本发明一实施例的用于微细颗粒聚集的微细颗粒聚集去除装置200的功能框图。
图11为示出图10的单位聚集通道部261的详细结构的图。
图12为示出本发明一实施例的通过与用于微细颗粒聚集的低频音源相对应而输出的低频声波来聚集微细颗粒的机制的图。
图13为本发明一实施例的由具有相向的促动器240a、240b的多个促动器构成的低频声波发生部240的简要设置状态图。
图14为示出对于本发明一实施例的用于微细颗粒聚集的低频音源，通过由包括相互成对的多个促动器对的多个促动器构成的低频声波发生部生成的低频声波的叠加的图。
图15为示出本发明一实施例的由用于微细颗粒聚集的相向的促动器对构成的促动器部中输出的振动导致的声波强度与单个促动器中输出的振动导致的声波强度之差的曲线图。
图16为示出本发明一实施例的根据作为声波发生部的促动器240a、240b的隔开间隔d的声压分布的图。
图17为示出未再生低频音源的情况、将低频音源的频率和声压改变来输出的情况中的粉尘浓度测定值的曲线图。
图18为示出本发明一实施例的流体中的微细颗粒聚集去除方法的处理过程的流程图。
附图标记的说明
1：净化对象区域
100：流体中微细颗粒聚集装置
110：微细颗粒测定部
120：音源转换部
121：存储部
130：音源放大部
140：低频声波发生部
140a、140b：促动器
150：低频声波测定部
151：分贝测定仪
200：流体中微细颗粒聚集去除装置
210：微细颗粒测定部
220：控制部
221：存储部
230：音源放大部
240：低频声波发生部
240a、240b：促动器
250：测定传感部
251：测定传感器
260：聚集通道部
261：单位聚集通道
262：聚集腔室
262a：流体流入口
262b：流体排出口
263：聚集体排出流路
265：Y型流路形成部
267：微细颗粒聚集体
270：残留微细颗粒测定部
300：捕集部
x：微细颗粒振动振幅
U0：低频声波的振动速度(the velocity amplitude of sound wave)
τ：微细颗粒弛豫时间-碰撞为止的时间(particle relaxation time)
η：两个微细颗粒的相对夹带时间(the relative entrainment between the twoparticles)
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明。本发明能够以多种不同的实施方式实现，因此，并不限定于在此说明的实施例。在附图中，为了明确说明本发明，省略了与说明无关的部分，在说明书全文中，对于相似的部分赋予了相似的附图标记。
在说明书全文中，当提及一部分与另一部分“相连接(相联接、相接触、相结合)”时，不仅包括“直接连接”的情况，还包括在两者中间隔着其他部件“间接连接”的情况。并且，当提及以部分“包括”一结构要素时，除非具有特别相反的记载，否则表示还包括其他结构要素，而不是排除其他结构要素。
在本说明书中使用的术语仅用于说明特定实施例，并不限定本发明。除非在文脉上明确表示不同，否则单数的表达包括复数的表达。应理解的是，在本说明书中，术语“包括”或“具有”等用于指定在说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在，而不是事先排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
以下，参照附图详细说明本发明的实施例。
图1为示出本发明一实施例的微细颗粒聚集方法的处理过程的流程图。
如图1，首先，上述微细颗粒聚集方法执行初始微细颗粒测定步骤S10，向上述音源转换部120输出通过利用微细颗粒测定部110测定净化区域中的微细颗粒的污染程度来生成的微细颗粒测定数据。在此情况下，上述微细颗粒测定数据可包含微细颗粒的大小、浓度、室内温度、室内湿度及净化区域面积或体积数据。
执行低频及声压数据提取步骤S20，上述音源转换部120根据上述微细颗粒测定数据提取存储在存储部121中的输出音源和用于微细颗粒聚集的低频音源的低频及声压。在此情况下，所提取的低频及声压根据粉尘的大小、浓度、室内温度、室内湿度或净化区域面积分布分类后在微细颗粒数据库(DB)中结构化，从而可存储在音源转换部120内部的存储部121。在此情况下，上述低频音源的频率在大于0Hz且为4000Hz以下的范围内，上述低频音源的声压可以在0dB至100dB的范围内，上述低频和声压以与上述粉尘的大小、浓度、室内温度、室内湿度或净化区域面积相对应的方式提取。
接着，执行音源转换步骤S30，上述音源转换部120将输出音源转换为上述低频音源来使得上述输出音源具有所提取的上述低频及声压数据，并将其输出。
之后，当需要放大上述低频音源或输出音源时，可执行音源放大步骤S40，接收执行上述音源转换步骤S30后输出的输出音源或上述低频音源并放大后，向上述扬声器部或上述低频声波发生部140输出。
接着，执行微细颗粒聚集步骤S50，低频声波发生部140接收上述低频音源并输出低频声波，由此，使净化区域中的多个微细颗粒振动来相互聚集。并且，在上述微细颗粒聚集步骤S50中，还可一同执行通过上述扬声器部140再生并输出输出音源的操作，从而在输出低频声波的同时使使用人员欣赏输出音源的音乐。
之后，执行聚集的微细颗粒捕集步骤S60，上述捕集部300捕集并去除通过使净化区域中的空气或流体对流或流入后聚集而大小变大的微细颗粒聚集体。
接着，在执行上述的聚集的微细颗粒捕集步骤S60之后，可执行低频及声压测定步骤S70，根据预设的周期或使用人员的控制指令，低频声波测定部150检测与上述低频音源相对应来输出的上述低频声波的频率和声压后向上述音源转换部120传输。
若执行上述低频及声压测定步骤S70，则执行低频音源的低频及声压比较步骤S80，上述音源转换部120对所接收的上述低频和声压与所提取的上述低频和声压进行比较来判断是否一致。
之后，当所接收的上述低频及声压与所提取的上述低频及声压不一致时，执行低频音源反馈调整步骤S90，上述音源转换部120调整上述低频音源来使得上述低频音源具有所提取的上述低频和声压后，返回上述音源放大步骤S40或上述微细颗粒聚集步骤S50来再次执行处理过程。
与此不同地，低频音源的低频及声压比较步骤S80的比较结果，当在上述低频声波测定部150中测定的低频声波的低频和声压与存储在上述存储部121的低频及声压一致时，执行微细颗粒去除状态测定步骤S100，上述微细颗粒测定部110根据预设的时间或使用人员的控制指令测定净化区域中的微细颗粒体，可通过比较初始微细颗粒测定数据来测定微细颗粒去除状态。
接着，当微细颗粒去除状态测定步骤S100的测定结果示出微细颗粒浓度降低至预设的浓度以下时，或者，当判断是否满足使用人员的完成控制指令的输入与否等的微细颗粒聚集净化处理的完成基准的结果示出未完成微细颗粒聚集净化时，返回上述微细颗粒聚集步骤S50来重复执行处理过程，当微细颗粒聚集净化完成时，执行结束处理过程的微细颗粒聚集净化完成判断步骤S110。
图2为应用上述的本发明的微细颗粒聚集方法的本发明另一实施例的用于微细颗粒聚集的微细颗粒聚集装置100的功能框图，图3为本发明一实施例的用于去除饮用水或生活用水等流体中的微细颗粒聚集的微细颗粒聚集装置100的设置状态图，图4为本发明一实施例的为了去除空气中的微细颗粒聚集而设置于室内的微细颗粒聚集装置100的设置状态图。
如图2，上述微细颗粒聚集装置100可包括：微细颗粒测定部110，测定净化区域1中的微细颗粒的浓度、大小、温度及湿度后，生成并输出包含净化面积信息的微细颗粒测定数据；音源转换部120，基于在上述微细颗粒测定部110中测定的微细颗粒测定数据，将输出音源转换为用于微细颗粒聚集的低频音源并输出；低频声波发生部140，生成并输出用于微细颗粒聚集的低频音源；以及捕集部300，用于捕集聚集的微细颗粒聚集体。
并且，上述微细颗粒聚集装置100还可包括：音源放大部130，放大输出在上述音源转换部120中输出的低频音源；低频声波发生部140，包括以声音信号输出输出音源的一个以上的扬声器。
上述微细颗粒测定部110测定所要聚集并去除微细颗粒的净化区域1中的微细颗粒的大小、浓度、净化区域1中的温度、湿度等后，向上述音源转换部120输出微细颗粒测定数据。
上述音源转换部120接收从上述微细颗粒测定部110输出的包含微细颗粒的浓度、大小和室内的温度、湿度及净化面积信息的微细颗粒测定数据后，提取输出音源，将上述输出音源转换为具有用于微细颗粒聚集的低频及声压的低频音源并输出。为了将上述输出音源转换为低频音源，上述音源转换部120可包括存储部121，上述存储部121存储有包含微细颗粒的浓度、各个大小的低频音源的频率及声压信息、净化区域的面积信息以及用于转换低频音源的函数的程序信息等。
在此情况下，上述低频音源的低频为可听频率内人类听不到的频率区域，可在大于0Hz且为4000Hz以下的低频范围内。并且，上述声压可在0dB至100dB的范围内。
上述音源放大部130包括用于放大上述低频音源的振幅的放大元件，当需要时，放大并输出从上述音源转换部120输出的低频音源。
上述低频声波发生部140包括一个以上的促动器140a、140b，上述一个以上的促动器140a、140b以低频声波再生从上述音源转换部120输出的上述低频音源，由此，接收上述低频音源后向净化区域1输出低频声波。并且，多个上述促动器140a、140b通过叠加放大与上述低频音源相对应来输出的低频声波来提高上述微细颗粒的碰撞效率，由此，为了提高聚集效率，可在上述净化区域中以相向的方式成对设置，还可根据净化区域的面积或体积设置多个促动器对。
上述结构的本发明一实施例的微细颗粒聚集装置100还可包括：音源放大部130，用于放大从上述音源转换部120中输出的输出音源和低频音源；以及低频声波测定部150，测定从上述低频声波发生部140输出的低频声波的频率和声压并向上述音源转换部120输出，包括内置有分贝测定传感器的分贝测定仪151。
当设置上述低频声波测定部150时，上述音源转换部120对从上述低频声波测定部150输入的测定的低频及声压与从上述存储部121中所提取的低频及声压进行比较，在结果不一致的情况下，可通过调节上述低频音源的低频及声压来执行输出的反馈控制功能。
当具有上述结构的上述微细颗粒聚集装置100为了捕集饮用水或生活用水等流体中的微塑料等微细颗粒而应用时，如图3，构成上述微细颗粒聚集装置100的微细颗粒测定部110、低频声波发生部140及低频声波测定部150可设置在用于储存饮用水或生活用水等或者使饮用水或生活用水等流动的净水箱等净化区域1的内部。
并且，当上述微细颗粒测定部110、上述音源转换部120、上述音源放大部130与具有防水功能的密封结构体形成为一体时，上述微细颗粒测定部110、上述音源转换部120、上述音源放大部130可浸渍设置于向上述净水箱等的内部流入的流体内部。
并且，如图4，当具有上述结构的上述微细颗粒聚集装置100为了捕集室内空气中的微塑料或微细颗粒、超细粉尘、粉尘等微细颗粒而应用时，构成上述微细颗粒聚集装置100的微细颗粒测定部110、上述音源转换部120、上述音源放大部130、上述低频声波发生部140及低频声波测定部150均可设置于作为净化区域1的使用人员所生活的室内。
即，本发明一实施例的微细颗粒聚集装置100可应用于流体或空气中来聚集流体或空气中的微细颗粒。
图5为示出本发明一实施例的通过与用于微细颗粒聚集的低频音源相对应而输出的低频声波来聚集微细颗粒的图，图6为示出本发明一实施例的通过与用于微细颗粒聚集的低频音源相对应而输出的低频声波来聚集微细颗粒的机制的图。
如图5及图6，若通过上述低频声波发生部140输出与低频音源相对应的低频声波，则如图6的(a)部分，净化区域1中的微细颗粒与低频声波的低频和声压相对应来振动。在此情况下，大小相对小的微细颗粒p1的振动振幅m1大于大小相对大的微细颗粒p2的振动振幅m2，由此，如图6的(b)部分，通过大小相对小的微细颗粒p1与大小相对大的微细颗粒p2相互碰撞来使大小相对小的微细颗粒p1与大小相对大的微细颗粒p2相互聚集。
在此情况下，可通过下述数学式1导出聚集率βHy。
数学式1：
Figure BDA0003392277290000141
其中，ρ0为介质的密度(例，气体密度(gas density))，μ为介质的黏度(viscocity)，U0为上述微细颗粒的振动波的振动速度振幅(velocity amplitude ofwave)，d1为大小相对小的微细颗粒p1的直径，d2为大小相对大的微细颗粒p2的直径。
图7为示出对于本发明一实施例的用于微细颗粒聚集的低频音源，通过由包括相互成对的多个促动器对的多个促动器构成的低频声波发生部140生成的低频声波的叠加的图，图8为示出本发明一实施例的从用于微细颗粒聚集的由相向的促动器对构成的促动器部中输出的低频声波的强度与从单个促动器中输出的低频声波的强度之差的曲线图。
构成上述低频声波发生部140的多个促动器140a、140b可通过设置成相向的对来提高多个微细颗粒的聚集效率。
具体如图7至图8，多个促动器140a、140b以相向的对设置，通过低频声波w相互叠加来增强强度，由此，大小相对小的微细颗粒p1与大小相对大的微细颗粒p2的振动速度及碰撞时的冲击量增加，从而提高聚集效率。
图9为示出未再生低频音源的情况、将低频音源的低频和声压改变来输出的情况中的粉尘浓度测定值的曲线图。
如图9，可知根据低频声波的低频及声压具有互不相同的微细颗粒净化效率。
图10为本发明一实施例的用于微细颗粒聚集的微细颗粒聚集去除装置200的功能框图，图11为示出图10的单位聚集通道部261的详细结构的图。
如图10及图11，上述微细颗粒聚集去除装置200包括：微细颗粒测定部210，生成并输出净化区域中的微细颗粒的浓度、大小、温度、湿度等微细颗粒测定数据；控制部220，基于在上述微细颗粒测定部210中测定的微细颗粒测定数据，生成并输出用于微细颗粒聚集的低频音源；音源放大部230，放大并输出从上述控制部220中输出的低频音源；低频声波发生部240，以低频声波输出用于聚集上述微细颗粒的低频音源；聚集通道部260，安装有上述低频声波发生部240和包括多个测定传感器251的测定传感部250，在内部形成并配置多个单位聚集通道261相连通的流路，在上述单位聚集通道261中，在包含微细颗粒的气体或液体等流体流过的同时，通过所输出的低频声波的振动聚集并去除微细颗粒；残留微细颗粒测定部270，测定从上述聚集通道部260中排出的流体中的残留微细颗粒并向上述控制部220输出；以及捕集部300，用于捕集从上述聚集通道部260中排出的聚集的微细颗粒聚集体267。
上述微细颗粒测定部210测定所要聚集并去除微细颗粒的向聚集通道部260流入的气体或液体等流体(介质)中包含的微细颗粒的数量、大小、浓度、体积、温度等后，可作为微细颗粒测定数据向上述控制部220输出。
上述控制部220接收从上述微细颗粒测定部210输出的包含数量、大小、浓度、体积、温度等微细颗粒测定数据后，生成并输出具有用于微细颗粒聚集的频率及声压的低频音源。
上述控制部220可包括存储部221，为了生成上述低频音源而存储包含微细颗粒的数量、大小、浓度、体积、温度等按照微细颗粒测定数据的低频音源的频率及声压信息及用于转换低频音源的函数的程序信息等。
在此情况下，上述低频音源的频率以在可听频率内对人体无害的方式在20Hz至20kHz的范围内，声压可以为0dB至100dB。
并且，上述控制部220接收从上述测定传感部250输入的单位聚集通道261内部的低频声波测定数据及从残留微细颗粒测定部270中传输的残留微细颗粒测定数据后，为了提高微细颗粒聚集效率，执行改变低频音源的频率及声压的低频音源反馈控制。
上述音源放大部230包括用于放大上述低频音源的放大元件，当需要时，放大输出从上述控制部220中输出的低频音源。
在上述低频声波发生部240中，再生从上述控制部220中输出的上述低频音源，并向构成多个聚集通道部260的多个单位聚集通道261的内部发生低频声波，从而使流过聚集通道内的流体以与低频声波的频率相对应来振动。为此，上述低频声波发生部240包括按照多个上述单位聚集通道261设置的一个以上的促动器240a、240b。并且，多个上述促动器240a、240b将与上述低频音源相对应来输出的低频声波叠加，由此，为了通过提高上述微细颗粒的碰撞力及碰撞频率来提高聚集效率，能够以相向的方式成对设置在上述单位聚集通道261。并且，多个促动器对的数量可根据上述单位聚集通道261的面积或体积而增加。
上述测定传感部250测定在上述聚集通道部260的内部中发生的低频声波的频率及声压以及流过上述聚集通道部260的内部的流体的振动速度并向上述控制部220输出。因此，多个上述测定传感器251可包括用于测定频率的声波测定仪、用于测定声压的分贝测定仪、用于测定介质振动速度速度仪等。
如图10及图11，上述聚集通道部260包括：聚集腔室262，呈上部的一侧由流体流入口262a形成、另一侧由流体排出口262b形成、在下部形成有聚集体排出流路263的漏斗结构；以及一个以上的单位聚集通道261，以使上述聚集腔室262的内部区域形成Y型流路的方式具有周期性的T形截面结构，包括以覆盖上述聚集腔室262的上部的方式配置的Y流路形成部265。
并且，构成上述低频声波发生部240的多个促动器240a、240b以向聚集腔室262的内部输出低频声波的方式相向设置于聚集腔室262的外侧。并且，相向设置的上述一对促动器240a、240b以位于上述Y流路形成部265的T形截面的下端的方式设置，使得向聚集腔室262的内部输出的低频声波免受上述Y流路形成部265的干涉，从而可提高微细颗粒的聚集效率。即，通过使聚集的微细颗粒聚集体267形成在与聚集体排出流路263相邻的聚集腔室262的下部来使其容易排出。
上述单位聚集通道261可通过仅构成一个来形成上述聚集通道部260，或者，如图10，以形成串联流路的方式相连接来设置。
为了测定从聚集通道部260中排出的流体中的残留微细颗粒来执行用于微细颗粒聚集的反馈控制，上述残留微细颗粒测定部270包括设置于上述聚集通道部260的流体排出流路的残留微细颗粒测定仪271，由此，生成包含从上述聚集通道部260中排出的流体中所包含的微细颗粒的大小、浓度、数量等残留微细颗粒测定数据并向上述控制部220输出。
上述捕集部300可由如下的净化装置构成：执行通过如高效微粒空气过滤器、静电过滤器等过滤器的过滤或通过回旋加速器的分离等的过滤来捕集微细颗粒聚集体。
具有上述结构的上述微细颗粒聚集去除装置200能够以捕集并去除空气、饮用水或生活用水等流体中的微塑料等微细颗粒的方式设置。即，本发明一实施例的微细颗粒聚集去除装置200可应用于流体或空气中来聚集并捕集所有流体或空气中的微细颗粒。
图12为示出本发明一实施例的通过与用于微细颗粒聚集的低频音源相对应而输出的低频声波来聚集微细颗粒的机制的图，图12的(a)部分示出通过低频声波引起的介质的振动而使微细颗粒p1、p2碰撞并聚集的图，图12的(b)部分示出通过介质(流体)和微细颗粒p1、p2的低频声波振动引起的振动波形。
在图12中，U0表示低频声波的振动速度(the velocity amplitude of soundwave)，el表示有效聚集距离(effective agglomeration length)，y表示微细颗粒的振动速度函数，d表示微细颗粒的大小，y'为介质的振动速度函数，
Figure BDA0003392277290000171
Figure BDA0003392277290000172
表示微细颗粒的振动速度与介质速度的相位差，ω表示低频声波的角速度，α表示低频声波的初始相位，τ(τ1、τ2)表示作为两个微细颗粒的碰撞为止的时间的微细颗粒的弛豫时间(particlerelaxation time)，η表示微细颗粒的相对夹带时间(the relative entrainment betweenthe two particles)，下标1表示小的微细颗粒及相关变量，下标2表示大的微细颗粒及相关变量。
应用于本发明的用于微细颗粒聚集的波干涉引起的介质中的超微细颗粒的聚集行为是指基于正交运动碰撞机制(Ortho-kinetic collision mechanism)通过介质中的颗粒之间的移动速度不同而引起的碰撞聚集的现象。
在可听频率(Acoustic Wave，Hz)及任意声压级(SPL，Sound Pressure Level，dB)的条件研发超微细颗粒的聚集行为，由此，确认了1μm以下的超微细颗粒在数Hz及数dB的条件下，短时间内粗大化为10μm以上的聚集行为。
参照图12，本发明一实施例的多微细颗粒聚集去除装置的聚集技术应用了正动力碰撞(Orthokinetic Collision)行为，是如下的行为，即，在空气等介质中，微细颗粒通过声波碰撞并通过借助范德华力(van der Waals force)的表面引力聚集化。
在此情况下，通过声波的流体(介质)中的微细颗粒聚集效率β可将微细颗粒大小d、低频声波的振动速度U0、作为两个微细颗粒的碰撞为止的时间的微细颗粒的弛豫时间τ、微细颗粒的相对夹带时间η作为变量进行控制，下述数学式2为计算聚集效率β的式，数学式3为计算相对夹带时间η的式。
数学式2：
Figure BDA0003392277290000181
并且，可通过下述数学式3计算微细颗粒之间的速度差。
数学式3：
Figure BDA0003392277290000182
如图12，若通过上述低频声波发生部240输出与低频音源相对应的低频声波，则如图12的(a)部分，上述单位聚集通道261中的微细颗粒p1、p2，即，介质与低频声波的频率和声压相对应来振动。
在此情况下，大小相对小的微细颗粒p1的振动振幅大于大小相对大的微细颗粒p2的振动振幅，通过产生大小相对小的微细颗粒p1与大小相对大的微细颗粒p2的移动距离的差异而碰撞，通过范德华力使大小相对小的微细颗粒p1和大小相对大的微细颗粒p2相互聚集而形成微细颗粒聚集体267后，通过聚集体排出流路263排出，并通过捕集部300被去除。并且，通过控制上述低频音源的频率和声压，可通过应用数学式2来调节聚集效率(β)，因此可进行用于提高聚集效率的反馈低频音源控制。
图13为示出本发明一实施例的通过用于微细颗粒聚集的低频音源的输出振动来聚集微细颗粒的图，图14为示出对于本发明一实施例的用于微细颗粒聚集的低频音源，通过由包括相互成对的多个促动器对的多个促动器构成的低频声波发生部240生成的低频声波的叠加的图，图15为示出本发明一实施例的由用于微细颗粒聚集的相向的促动器对构成的促动器部中输出的低频声波的强度与单个促动器中输出的低频声波的强度之差的曲线图。
构成上述低频声波发生部240的多个促动器240a、240b可通过设置成相向的对来提高多个微细颗粒的聚集效率。
具体地，如图13至图15，通过多个促动器240a、240b以相向的对设置来使低频声波w相互叠加来增强强度，由此，大小相对小的微细颗粒p1和大小相对大的微细颗粒p2的振动速度及碰撞时的冲击量变大，从而提高聚集效率。
图16为本发明一实施例的可确认根据作为声波发生部的促动器240a、240b的位置的声压分布的实验数据，图17为示出未再生低频音源的情况、将低频音源的频率和声压改变来输出的情况中的粉尘浓度测定值的曲线图。
图16的(a)部分为示出设置一个促动器的单一源低频声波发生部240的各个设置位置s1、s2、s3的聚集腔室262内部的声压分布的图，图16的(b)部分为示出作为多个促动器的两个促动器的两个低频声波源ms1、ms2的各个隔开间隔1的声压分布的图。
并且，通过图17确认，当声压高时，粉尘的去除效率高。
通过本实验数据确认到，与低频声波发生部240设置有一个促动器相比，当使一个以上的促动器以相向的方式设置并增加声压时，具有更有利于颗粒的碰撞及聚集的波动条件。
图17为示出未再生低频音源的情况、将低频音源的频率和声压改变来输出的情况中的粉尘浓度测定值的曲线图。
如图17可知，根据低频声波的频率及声压具有互不相同的微细颗粒净化效率。
图18为示出本发明一实施例的微细颗粒聚集去除方法的处理过程的流程图。
如图18，首先，上述微细颗粒聚集去除方法执行初始微细颗粒测定步骤S110，向上述控制部220输出通过利用微细颗粒测定部210测定净化区域或上述聚集通道部260内部的微细颗粒的污染程度来生成的微细颗粒测定数据。在此情况下，上述微细颗粒测定数据可包含微细颗粒的数量、大小、浓度、流体(介质)的温度、湿度或设置有上述聚集通道部260的净化区域的面积或体积数据。
执行频率及声压数据提取步骤S120，上述控制部220根据上述微细颗粒测定数据提取存储在存储部221中的用于聚集微细颗粒的低频音源的频率及声压。在此情况下，所提取的频率及声压根据粉尘的数量、大小、浓度、流体(介质)的温度、湿度或设置有上述聚集通道部260的净化区域的面积或体积分布分类后在微细颗粒数据库中结构化，上述控制部220内部的存储部221。在此情况下，上述低频音源的频率在20Hz至20kHz的范围内，声压可在0dB至100dB的范围内，上述频率和声压能够以与上述粉尘的大小、浓度、室内温度、室内湿度、净化区域的面积或体积相对应的方式提取。
接着，执行音源生成步骤S130，以具有上述控制部220所提取的上述频率及声压数据的低频音源生成来输出。
之后，当需要放大上述低频音源时，可执行音源放大步骤S140，接收执行上述音源生成步骤S130后输出的低频音源并放大后，向上述低频声波发生部240输出。
接着，执行微细颗粒聚集步骤S150，低频声波发生部240接收上述低频音源并向多个上述聚集腔室262的内部输出低频声波，由此，使流过净化区域或聚集通道部260内的流体所包含的微细颗粒振动来相互聚集。
之后，执行聚集的微细颗粒捕集步骤S160，上述捕集部300捕集并去除通过使上述单位聚集通道261中的空气或流体对流或流入后聚集而大小变大的微细颗粒聚集体267。
接着，在执行上述的聚集的微细颗粒捕集步骤S160后，可执行反馈控制测定步骤S170，根据预设的周期或使用人员的控制指令，测定传感部250检测与上述低频音源相对应来输出的上述低频声波的频率和声压后向上述控制部220传输，残留微细颗粒测定部270检测包含在排出的流体中的微细颗粒的数量、浓度、大小等并向上述控制部220传输。
若执行上述反馈控制测定步骤S170，则执行微细颗粒去除效率达成判断步骤S180，上述控制部220对所接收的上述频率和声压与所提取的上述频率和声压进行比较来判断是否一致，计算微细颗粒去除效率来判断微细颗粒去除效率是否达到目标值。
当上述的微细颗粒去除效率达成判断步骤S180的判断结果示出微细颗粒去除效率未达到目标值时，执行低频音源反馈调整步骤S190，控制部220应用数学式2及数学式3来导出具有提高微细颗粒聚集效率的频率的频率和声压，从而重新生成低频音源。
之后，当上述的微细颗粒去除效率达成判断步骤S180的判断结果示出微细颗粒去除效率达到目标值时，执行上述控制部220判断微细颗粒去除作业是否完成的微细颗粒聚集净化完成判断步骤S200，当作业未完成时，返回微细颗粒聚集步骤S150来重新执行处理过程，当作业完成时，结束微细颗粒聚集净化作业。
在优选实施例中具体记述了在上述内容中说明的本发明的技术思想，但需注意的是，上述的实施例仅用于说明本发明，并不限定本发明。并且，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员就可理解，可在本发明的技术思想范围内具有各种实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围需由发明要求保护范围的技术思想定义。

Claims (13)

1.一种微细颗粒聚集方法，其特征在于，包括：
初始微细颗粒测定步骤，利用微细颗粒测定部生成包含净化区域中的微细颗粒的污染程度的微细颗粒测定数据并向所述音源转换部输出；
低频及声压数据提取步骤，所述音源转换部根据所述微细颗粒测定数据提取存储在存储部的用于微细颗粒聚集的低频音源的低频及声压；
音源转换步骤，所述音源转换部将输出音源转换为所述低频音源来使得所述输出音源具有所提取的所述低频及声压数据；以及
微细颗粒聚集步骤，低频声波发生部接收所述低频音源并将其作为用于微细颗粒聚集的低频声波输出，从而聚集微细颗粒。
2.根据权利要求1所述的微细颗粒聚集方法，其特征在于，
在所述音源转换步骤中，以具有大于0Hz且小于等于4000Hz的低频的方式将所述输出音源转换为所述低频音源。
3.根据权利要求1所述的微细颗粒聚集方法，其特征在于，
在所述音源转换步骤中，以具有0dB至100dB范围的声压的方式将所述输出音源转换为所述低频音源。
4.根据权利要求1所述的微细颗粒聚集方法，其特征在于，
在所述微细颗粒聚集步骤中，通过包括一个以上的促动器对的促动器部输出与所述低频音源相对应的低频声波，所述一个以上的促动器对包括相向的多个促动器。
5.根据权利要求1所述的微细颗粒聚集方法，其特征在于，
在所述音源转换步骤之后，还包括音源放大步骤，音源放大部在接收从所述音源转换部输出的所述低频音源并放大后向所述低频声波发生部输出。
6.根据权利要求1所述的微细颗粒聚集方法，其特征在于，
在所述微细颗粒聚集步骤之后，还包括：
低频及声压测定步骤，低频声波测定部在检测所述低频声波的频率和声压后向所述音源转换部传输，所述低频声波以与所述低频音源相对应的方式输出；
低频音源的低频及声压比较步骤，所述音源转换部对所接收的所述低频和声压与所提取的所述低频和声压进行比较；以及
低频音源反馈调整步骤，当所接收的所述低频和声压与所提取的所述低频和声压不一致时，所述音源转换部在调整所述低频音源来使得所述低频音源具有所提取的所述低频和声压后，返回所述微细颗粒聚集步骤并再次执行处理过程。
7.一种微细颗粒聚集装置，其特征在于，包括：
微细颗粒测定部，通过测定净化区域中的微细颗粒的污染程度来生成微细颗粒测定数据并向所述音源转换部输出；
音源转换部，在接收所述微细颗粒测定数据后提取输出音源，将所述输出音源转换为具有用于微细颗粒聚集的低频及声压的低频音源来输出；以及
一个以上的低频声波发生部，将从所述音源转换部中输出的所述低频音源作为低频声波向微细颗粒净化区域再生并输出。
8.根据权利要求7所述的微细颗粒聚集装置，其特征在于，
所述音源转换部包括存储部，用于存储基于所述输出音源和所述微细颗粒的污染程度的用于微细颗粒聚集的低频及声压数据。
9.根据权利要求7所述的微细颗粒聚集装置，其特征在于，
还包括音源放大部，在向所述低频声波发生部输入从所述音源转换部中输出的所述低频音源之前接收并放大输出。
10.根据权利要求7所述的微细颗粒聚集装置，其特征在于，
所述低频大于0Hz且小于等于4000Hz。
11.根据权利要求7所述的微细颗粒聚集装置，其特征在于，
所述声压在0dB至100dB的范围内。
12.根据权利要求7所述的微细颗粒聚集装置，其特征在于，
所述低频声波发生部包括多个促动器，在所述净化区域中设置有相向的一个以上的对，从而通过放大低频声波来提高所述微细颗粒的聚集效率，所述低频声波以与所述低频音源相对应的方式输出。
13.根据权利要求7所述的微细颗粒聚集装置，其特征在于，
还包括低频声波测定部，在检测所述低频声波的频率及声压后向所述音源转换部传输，
当比较所述低频及声压且所述低频及声压不一致时，所述音源转换部调节所述低频音源的低频及声压来输出。
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