KR100571705B1 - The Separation Device of Micro Particles - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기체 상(phase)의 물질을 포집가능한 크기의 미세입자로 성장시켜서 미세입자의 크기별로 분리, 포집하는 미세입자 분리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각각 다른 크기의 미세입자를 얻기 위해 각각의 범위에 맞는 분리수단을 직렬로 연결하여 일정범위의 미세입자를 동시에 분리할 수 있는 미세입자 분리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microparticle separation apparatus for growing and separating a gas phase material into microparticles having a trappable size, and separating and collecting the microparticles according to the size of the microparticles. The present invention relates to a fine particle separation device capable of simultaneously separating a predetermined range of fine particles by connecting a separation unit suitable for each range in series.
본 발명은 실외 및 실내에서의 공기중 오염물질의 가스상태 선구(先驅)물질(precursor)을 핵화(nucleation) 및 응축(condensation)과정을 거쳐 입자로 발생시키고 이를 나노입자로 성장시키는 나노입자 발생수단; 나노입자를 균일한 크기의 단일 구형 미세입자로 만들기 위해 고온에서 소결(sintering)시키는 소결수단; 구형의 미세입자를 일정범위 크기별로 분리할 수 있는 다수 개의 분리수단을 구비하고, 그 다수 개의 분리수단의 각각에 미세입자의 유해성을 측정할 수 있는 유해성 측정수단을 부착하여 미세입자의 유해성을 측정하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a nanoparticle generating means for generating gaseous precursors of airborne pollutants in the outdoors and indoors through the nucleation and condensation process into particles and growing them into nanoparticles. ; Sintering means for sintering at high temperature to make the nanoparticles into single spherical microparticles of uniform size; It is equipped with a plurality of separation means for separating the spherical fine particles by a certain range size, and attached to each of the plurality of separation means of the harmfulness measuring means for measuring the harmfulness of the fine particles to measure the harmfulness of the fine particles Characterized in that.
나노입자, 미세입자, 소결, 유해성Nanoparticles, microparticles, sintering, hazards
Description
도 1은 본 발명에 따른 미세입자 분리장치의 전체 구성도.1 is an overall configuration diagram of a microparticle separation device according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 나노입자 발생수단을 이용한 나노입자 제조원리를 나타내는 개요도.Figure 2 is a schematic diagram showing the principle of manufacturing nanoparticles using the nanoparticle generating means according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 미세입자 분리장치의 흐름도.Figure 3 is a flow chart of the microparticle separation device according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 관성임팩터를 예시한 구성도.Figure 4 is a block diagram illustrating an inertial impactor according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 관성임팩터의 원리를 나타내는 단면도.5 is a cross-sectional view showing the principle of an inertial impactor according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 관성임팩터의 가속노즐기판의 단면도 및 평면도.6 is a cross-sectional view and a plan view of an acceleration nozzle substrate of an inertial impactor according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 가상임팩터를 예시한 구성도.7 is a block diagram illustrating a virtual impactor according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 가상임팩터의 원리를 나타내는 단면도.8 is a cross-sectional view showing the principle of the virtual impactor according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 싸이클론을 예시한 사시도.9 is a perspective view illustrating a cyclone according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 싸이클론의 단면도.10 is a cross-sectional view of a cyclone according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 유해성 측정수단을 예시한 구성도.11 is a block diagram illustrating a hazard measuring means according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10 : 나노입자 발생수단 20 : 소결수단10 nanoparticle generating means 20 sintering means
30 : 분리수단 32 : 제 1분리수단30 separation means 32 first separation means
34 : 제 2분리수단 36 : 제 3분리수단34: second separating means 36: third separating means
40 : 연결관 50 : 유해성 측정수단40: connector 50: hazard measurement means
60 : 유입구 62 : 가속노즐기판60: inlet 62: acceleration nozzle substrate
64 : 토출구 66 : 충돌판64
68 : 유출구 70 : 유입구68: outlet 70: inlet
72 : 가속노즐 74 : 수집관72: acceleration nozzle 74: collector
76 : 주유동출구 78 : 부유동출구76: fuel dong exit 78: floating dong exit
80 : 유입구 82 : 몸통부80: inlet 82: body
84 : 포집부 86 : 유출구84: collecting part 86: outlet
본 발명은 기체 상(phase)의 물질을 포집가능한 크기의 미세입자로 성장시켜서 미세입자의 크기별로 분리, 포집하는 미세입자 분리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각각 다른 크기의 미세입자를 얻기 위해 각각의 범위에 맞는 분리수단을 직렬로 연결하여 일정범위의 미세입자를 동시에 분리할 수 있는 미세입자 분리장치에 관한 것이다. The present invention relates to a microparticle separation apparatus for growing and separating a gas phase material into microparticles having a trappable size, and separating and collecting the microparticles according to the size of the microparticles. The present invention relates to a fine particle separation device capable of simultaneously separating a predetermined range of fine particles by connecting a separation unit suitable for each range in series.
급속한 산업변화로 인하여 다양한 형태의 오염물질들이 대기 중에 방출되고 있어, 인류는 심각한 오염상태를 직면하게 되었고, 이 오염물질들은 대부분 인체에 유해한 물질이다.Rapid industrial change has resulted in the release of various types of pollutants into the atmosphere, leading to a serious pollution situation for humans, most of which are harmful to humans.
이와 같은 오염물질 입자는 크기에 따라 표면적이 다르며, 입자의 크기가 작은 것은 대기 중에 부유되는 중금속등과 상호 흡착되어 비표면적이 급속히 증가하게 된다.Such contaminant particles have a different surface area according to their size, and the smaller particle size is rapidly adsorbed with heavy metals suspended in the air, and the specific surface area is rapidly increased.
따라서, 큰 입자보다는 작은 입자에서 중금속의 농축정도는 급격히 증가하며, 대기 중의 중금속은 입자상 물질의 표면에 흡착되어 인체에 유입되고, 유입되 는 중금속은 체내에 축적되어 치명적인 손상을 유발시키게 되는 것이다.Therefore, the concentration of heavy metals is rapidly increased in the small particles rather than large particles, the heavy metal in the air is adsorbed on the surface of the particulate matter and enters the human body, and the incoming heavy metal accumulates in the body causing fatal damage.
이러한 영향으로 최근 인체의 유해성과 대기질 측면에서 다양한 실내 및 실외 환경기준들이 마련되고 있고, 이와 같은 환경기준에 따라 대기질을 항시 감시하기 위한 대기 중의 입자상 물질을 분리하고 분석할 수 있는 장치 및 방법들이 요구되고 있다.Due to these effects, various indoor and outdoor environmental standards have been prepared in terms of the harmfulness and air quality of the human body, and an apparatus and method for separating and analyzing particulate matter in the air for monitoring air quality at all times according to such environmental standards. Are required.
종래의 실외 및 실내에서의 대기 중 입자상 물질을 분리하는 미세입자 분리장치는 미세입자를 직경의 일정범위별(100㎚ 이하, 100∼500㎚, 500∼1000㎚ 등)로 각각 분리 및 포집할 경우 그에 맞는 각각의 미세입자 분리장치를 독립적으로 따로 필요로 하였다.Conventional microparticle separation apparatus for separating particulate matter in the air in the outdoors and indoors when the microparticles are separated and collected by a predetermined range of diameters (100 nm or less, 100 to 500 nm, 500 to 1000 nm, etc.), respectively. Each of the microparticle separators was required separately.
이는, 특정 크기 직경의 미세입자를 분리하는데 사용되기 때문에 100㎚이하, 100∼500㎚, 500∼1000㎚ 등과 같은 일정범위의 입자를 동시에 분리시키기 어려운 문제점이 있었다.This is because it is used to separate the microparticles of a specific size diameter, there was a problem that it is difficult to simultaneously separate a range of particles, such as 100nm or less, 100-500nm, 500-1000nm, and the like.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 미세입자의 크기를 일정범위별로 분리할 수 있는 분리수단을 분리하고자 하는 미세입자 크기의 일정범위별로 구비함으로써 각각 범위별 미세입자를 동시에 분리시켜 미세입자의 유해성을 측정할 수 있는 미세입자 분리장치를 제공함에 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention by providing a predetermined range of fine particles to separate the separation means capable of separating the size of the fine particles by a certain range for each range of fine The present invention provides a microparticle separation device capable of simultaneously separating particles to measure the harmfulness of the particles.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실외 및 실내에서의 공기중 오염물질의 가스상태 선구(先驅)물질(precursor)을 핵화(nucleation) 및 응축(condensation)과정을 거쳐 입자로 발생시키고 이를 나노입자로 성장시키는 나노입자 발생수단; 나노입자를 균일한 크기의 단일 구형 미세입자로 만들기 위해 고온에서 소결(sintering)시키는 소결수단; 구형의 미세입자를 일정범위 크기별로 분리할 수 있는 분리수단을 포함한다. In order to achieve the above object, the present invention generates a gaseous precursor of the air pollutants in the outdoors and indoors through the nucleation and condensation process into particles and nanoparticles Nanoparticle generating means for growing with; Sintering means for sintering at high temperature to make the nanoparticles into single spherical microparticles of uniform size; It includes a separation means for separating the spherical fine particles by a certain range size.
본 발명에 있어서, 나노입자 발생원리는 가스상태의 선구물질을 일정온도 이상에서 화학반응에 의하여 선구물질의 단량체(單量體, monomer)로 생성시킨 후, 핵화(nucleation) 및 응축(condensation)과정을 거쳐 입자로 성장시키는 것이다. 이때 입자의 크기는 수 나노미터 이하이기 때문에 활발한 브라운 확산(Brownian diffusion) 운동에 의해 서로간의 충돌이 일어나고, 이러한 충돌은 입자를 서로 결합시켜 입자의 크기를 증가시킨다. 이것을 응집(coagulation)이라고 한다. 대체로 입자가 결합하면서 나타내는 형상은 체인(chain)형태로 연결된 경우와 결합 후 다시 구형을 유지하는 경우로 나뉠 수 있으며, 체인형태로 연결된 경우도 높은 온 도에서 다시 소결과정을 이용하면 구형의 입자를 발생시킬 수 있다.In the present invention, the principle of generating nanoparticles is to produce a precursor of a gaseous state as a monomer of a precursor by a chemical reaction at a predetermined temperature or more, and then nucleation and condensation processes. To grow into particles. At this time, since the particle size is several nanometers or less, collisions occur due to active Brownian diffusion movement, and these collisions combine the particles with each other to increase the size of the particles. This is called coagulation. Generally, the shape of the particles as they are bonded can be divided into a chain form and a spherical shape after joining.In the case of a chain form, the sintering process can be performed again at high temperature. Can be generated.
상기와 같이 가스상태의 선구물질을 액상물질로 변환하는 방법에 사용되는 수단은 전기가열로(electric furnace)로서, 선구물질의 가스 입자변환을 일으키는 열원(heat source)의 기능과 반응로 역할을 수행하게 된다. 반응로에서 발생되는 입자의 크기와 농도는 반응로의 운전조건(선구물질의 농도, 반응온도, 반응시간, 체류시간 등)을 이용하여 제어할 수 있으며, 1㎚에서 1㎛ 사이의 입자를 약 106-1012(개/㎤)이상으로 제조할 수 있다. 발생되는 입자의 종류는 선구물질의 종류에 따라 매우 다양하며 발생 가능한 나노입자는 SiO2, TiO2, Fe2O3, ZnO 등의 산화물과 카본블랙, 탄소화합물, 질소화합물, 금속 등으로 매우 다양하며, 복합체의 구성도 가능하다. The means used in the method of converting gaseous precursors into liquid materials as described above is an electric furnace, which functions as a heat source and reacts to cause gas particle conversion of the precursors. Done. The size and concentration of particles generated in the reactor can be controlled using the reactor operating conditions (concentration of precursors, reaction temperature, reaction time, residence time, etc.). 10 6 -10 12 (pieces / cm 3) or more can be produced. The types of particles generated vary greatly depending on the type of precursor, and the nanoparticles that can be generated vary widely from oxides such as SiO 2 , TiO 2 , Fe 2 O 3 , ZnO, carbon black, carbon compounds, nitrogen compounds, and metals. It is also possible to configure the composite.
본 발명에서는 분리수단을 이용하여 입자를 입자의 직경별로 분리하기 전, 즉 전기가열로를 빠져 나온 다양한 크기와 형상의 나노입자를 고온에서 소결시켜 보다 균일한 크기의 구형 단일입자로 만드는 공정을 이용할 수 있다. 이와 같이 소결공정을 통하여 구형의 다분산(polydisperse) 입자로 성장한 후 분리수단을 이용하여 입자의 직경별로 분리하면, 각 크기별 영역에 부합하는 단분산(monodisperse)의 구형입자를 분리할 수 있다.In the present invention, before the particles are separated by the diameter of the particles by using a separation means, that is, the nanoparticles of various sizes and shapes exiting the electric furnace are sintered at a high temperature to use a process of making spherical single particles of more uniform size. Can be. As such, when grown into spherical polydisperse particles through the sintering process and separated by the diameter of the particles using the separation means, it is possible to separate the spherical particles of the monodispersed (monodisperse) corresponding to each size region.
본 발명에 있어서, 전기가열로에서 발생되는 나노입자는 1㎚∼1000㎚까지의 다분산 직경분포를 나타내며, 여러 개의 입자가 체인형태로 결합(agglomerate)되어 있는 경우도 있다. In the present invention, the nanoparticles generated in the electric heating furnace exhibit a polydispersion diameter distribution of 1 nm to 1000 nm, and in some cases, several particles are aggregated in chain form.
이러한 다양한 크기와 형상을 가진 나노입자를 입자의 직경에 따라 일정범위(예를 들어 100㎚이하, 100∼500㎚ 및 500∼1000㎚ 등)로 분리시키기 위해서 사용되는 분리수단으로는 DMA(Differential Mobility Analyzer), 관성임팩터(Inertial impactor), 가상임팩터(Virtual impactor), 싸이클론(cyclone) 등을 사용할 수 있다.Separation means used to separate nanoparticles having various sizes and shapes into a certain range (for example, 100 nm or less, 100 to 500 nm, and 500 to 1000 nm, etc.) according to the diameter of the particle is DMA (Differential Mobility). Analyzer, Inertial impactor, Virtual impactor, Cyclone and the like can be used.
상기 DMA는 미세입자가 그 크기에 따라 일정한 비율로 양전하, 음전하 및 중성으로 전하를 띠는데, 이를 전기장 내에 통과시키면서, 미세입자의 저항력과 전기장에 의한 힘이 균형을 이루는 위치로 미세입자가 이동하게 되어 미세입자를 직경에 따라 분리하는 장치이다.In the DMA, the microparticles are charged positively, negatively, and neutral at a constant rate according to their size, and pass them in the electric field, allowing the microparticles to move to a position where the resistance of the fine particles and the force by the electric field are balanced. It is a device that separates the fine particles according to the diameter.
상기 관성임팩터는 유로를 따라 이동하던 유동 입자들의 유로를 급변화시켜 입자들 각각이 가진 관성 크기를 이용한다. 즉, 관성이 작은 입자는 급변하는 유동의 흐름을 잘 따라가게 되고, 관성이 큰 입자는 유로를 벗어나게 되는데, 이러한 현상을 이용하여 관성임팩터는 유로를 벗어난 입자를 충돌판(Impaction plate)에 충돌시켜 입자를 분리하게 되는 장치이다.The inertial impactor uses the inertia size of each of the particles by rapidly changing the flow path of the moving particles moving along the flow path. In other words, the particles with small inertia follow the flow of rapidly changing flow, and the particles with large inertia are out of the flow path. Using this phenomenon, the inertial impactor collides the particles out of the flow path with the impact plate. It is a device that separates particles.
상기 가상임팩터는 가속노즐 아래에 가상의 공간을 가진 수집관(receiving tube)이 설치되어 유선의 방향이 갑자기 바뀔 때 분리직경(cutoff diameter)보다 큰 입자는 유선을 벗어나 수집관에 포집되며, 분리직경보다 작은 입자는 유선을 따라 흐르게 되어 입자를 분리하게 되는 장치이다.The virtual impactor is installed in the collecting tube (receiving tube) having a virtual space under the acceleration nozzle, when the direction of the streamline is suddenly changed, particles larger than the cutoff diameter is trapped in the collection tube out of the streamline, the separation diameter Smaller particles flow along the mammary gland to separate particles.
상기 싸이클론은 입구로부터 유입된 입자의 원심력에 의해 분리되는 장치로서, 분리직경보다 큰 입자는 상대적으로 큰 원심력에 의해 사이클론 벽면에 충돌 또는 부착된 뒤 포집부에 쌓이게 되고, 분리직경보다 작은 입자는 작은 원심력을 갖기 때문에 내부면에 충돌하지 않고 그대로 출구를 통해 빠져나가게 되어 입자를 분리하게 되는 장치이다.The cyclone is a device that is separated by the centrifugal force of the particles introduced from the inlet, particles larger than the separation diameter impacts or attaches to the cyclone wall by the relatively large centrifugal force and accumulates in the collecting part, and particles smaller than the separation diameter are Because it has a small centrifugal force, it is a device that separates particles by exiting through the outlet without impacting the inner surface.
이에 본 발명은 미세입자의 직경에 따라 일정범위별로 분리할 수 있도록 각각 다른 직경범위로 분리하는 다수 개의 분리수단을 구비하여, 먼저 직경이 큰 미세입자를 분리할 수 있는 분리수단부터 직경 크기 순서대로 직렬로 연결한 것을 특징으로 한다.The present invention is provided with a plurality of separation means for separating each of the different diameter range to be separated by a predetermined range according to the diameter of the microparticles, first in the order of diameter size from the separation means that can separate the large diameter particles It is characterized in that connected in series.
이렇게 입자의 직경별로 분리된 미세입자를 각각의 유해성을 측정하는 유해성 측정수단에 공급하여 선구물질의 유해성을 측정할 수 있다.Thus, the microparticles separated by the diameter of the particles may be supplied to the hazard measuring means for measuring the respective hazards, thereby measuring the hazards of the precursors.
이하, 본 발명의 바람직한 양태의 하나로서 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings as one of the preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 미세입자 분리장치의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 나노입자 발생수단을 이용한 나노입자 제조원리를 나타내는 개요도이며, 도 3은 본 발명에 따른 미세입자 분리장치의 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따른 관성임팩터를 예시한 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 관성임팩터의 원리를 나타내는 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 관성임팩터의 가속노즐기판의 단면도 및 평면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 가상임팩터를 예시한 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따른 가상임팩터의 원리를 나타내는 단면도이며, 도 9는 본 발명에 따른 싸이클론을 예시한 사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 싸이클론의 단면도로서 함 께 설명한다.1 is an overall configuration diagram of a microparticle separation device according to the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing a nanoparticle manufacturing principle using the nanoparticle generating means according to the present invention, Figure 3 is a microparticle separation device according to the present invention 4 is a configuration diagram illustrating an inertial impactor according to the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the principle of an inertial impactor according to the present invention, and FIG. 6 is an acceleration nozzle substrate of the inertial impactor according to the present invention. 7 is a cross-sectional view illustrating a virtual impactor according to the present invention, FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the principle of the virtual impactor according to the present invention, and FIG. 9 is a perspective view illustrating the cyclone according to the present invention. 10 is described together as a cross-sectional view of a cyclone according to the present invention.
본 발명의 미세입자 분리장치는 가스상태의 선구(先驅)물질(precursor)을 핵화(nucleation) 및 응축(condensation)과정을 거쳐 입자로 발생시키고 이를 나노입자로 성장시키는 나노입자 발생수단(10)과; 상기 나노입자 발생수단(10)에서 발생된 나노입자를 균일한 크기의 단일 구형 미세입자로 만들기 위한 소결수단(20); 및 상기 소결수단(20)에서 형성된 미세입자를 일정범위의 크기에 따라 분리할 수 있는 분리수단(30)을 포함한다.The fine particle separation device of the present invention comprises a nanoparticle generating means (10) for generating gaseous precursors into particles through nucleation and condensation and growing them into nanoparticles; ; Sintering means (20) for making the nanoparticles generated by the nanoparticle generating means (10) into single spherical microparticles of uniform size; And separating means 30 capable of separating the fine particles formed in the sintering means 20 according to the size of a predetermined range.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 나노입자 발생수단(10)은 전기가열로(electric furnace)로서 선구물질의 가스 입자변환을 일으키는 열원(heat source)의 기능과 반응로 역할을 수행하게 된다. 이를 이용한 나노입자 발생원리는 가스상태의 선구물질을 일정온도 이상에서 화학반응에 의하여 선구물질의 단량체(monomer)로 생성시킨 후, 핵화 및 응축과정을 거쳐 나노입자로 성장시킨다.As shown in FIG. 2, the nanoparticle generating means 10 functions as a heat source and a reactor as a heat source for converting gas particles of a precursor as an electric furnace. Principle of nanoparticle generation using this method is to produce gaseous precursors into monomers of precursors by chemical reactions above a certain temperature, and then grow into nanoparticles through nucleation and condensation.
이때 나노입자의 크기는 수 나노미터 이하이기 때문에 활발한 브라운 확산 운동에 의해 서로간의 충돌이 일어나고, 이러한 충돌은 입자를 서로 결합시키는 응집과정을 거쳐 나노입자의 크기를 증가시킨다.At this time, since the size of the nanoparticles are several nanometers or less, collisions between each other occur due to active brown diffusion motions, and these collisions increase the size of the nanoparticles through an aggregation process for bonding the particles to each other.
상기 소결수단(20)은 상기 나노입자 발생수단(10)에서 발생된 나노입자를 입자의 크기별로 분리하기 전, 나노입자 발생수단(10)을 빠져나온 다양한 크기와 형상의 나노입자를 고온에서 소결시켜 보다 균일한 크기의 단일 구형 미세입자로 만드는 수단이다.The sintering means 20 sinters the nanoparticles of various sizes and shapes exiting the nanoparticle generating means 10 at a high temperature before separating the nanoparticles generated by the nanoparticle generating means 10 by particle size. It is a means to make a single spherical microparticles of more uniform size.
상기 분리수단(30)은 상기 나노입자 발생수단(10) 및 소결수단(20)에서 발생된 미세입자를 입자의 직경에 따라 일정범위별로 분리하는 DMA(differential mobility analyzer), 관성임팩터(Inertial impactor), 가상임팩터(Virtual impactor), 싸이클론(cyclone) 등을 사용할 수 있다.The separating means 30 is a DMA (differential mobility analyzer) for separating the fine particles generated in the nanoparticle generating means 10 and the sintering means 20 by a predetermined range, inertial impactor (Inertial impactor) , Virtual impactor, cyclone and the like can be used.
상기 DMA는 전하를 가진 나노입자가 전기장 내를 통과할 때 입자의 이동경로는 입자의 직경에 의해 결정된다는 원리를 이용한 장치이다.The DMA is a device using the principle that when the charged nanoparticles pass through the electric field, the path of the particles is determined by the diameter of the particles.
상기 관성임팩터는 미세입자가 가지는 관성을 이용하여 입자의 직경에 따라 일정범위별로 분리하는 장치로서, 도 3에 도시된 바와 같이 미세입자가 유입되는 유입구(60); 상기 미세입자의 운동에너지를 가속시키기 위해 분리되는 미세입자의 직경에 따라 다수 개의 토출구(64)가 형성된 가속노즐기판(62); 상기 가속노즐기판(62)의 토출구(64)로부터 소정 간격을 갖고 떨어져 배치되고 가속노즐기판(62)으로부터 토출된 미세입자를 충돌시켜 미세입자의 유로방향을 변환시켜 유로를 벗어난 관성이 분리직경보다 큰 미세입자를 부착시키는 충돌판(66); 및 상기 미세입자를 배출시키는 유출구(68)를 포함한다.The inertial impactor is an apparatus for separating by a predetermined range according to the diameter of the particles by using the inertia of the fine particles, as shown in Figure 3, the
상기 가속노즐기판(62)은 도 6에 도시된 바와 같이 분리하고자 하는 미세입자의 크기에 따라 토출구(64)의 개수와 크기를 다르게 형성한다. As shown in FIG. 6, the
또한, 상기 충돌판(66)의 크기는 상기 가속노즐기판(62)의 토출구(64)로부터 빠져나온 미세입자가 부딪칠 수 있도록 상기 토출구(64)보다 조금 크게 형성한다.In addition, the size of the
분리되는 미세입자의 크기는 상기 가속노즐기판(62)에서 가속되는 속도 즉, 가속노즐기판(62) 토출구(64)의 직경에 따라 달라지게 되므로, 상기 유입구(60), 가속노즐기판(62), 충돌판(66), 유출구(68)는 분리하고자 하는 미세입자의 분리직경에 따라 그 크기가 다른 것으로 쉽게 분리 및 조립될 수 있도록 한다.Since the size of the fine particles to be separated depends on the speed accelerated in the
상기와 같이 구성된 관성임팩터에 의해 미세입자를 분리하는 방법은 다음과 같다.The method for separating the fine particles by the inertial impactor configured as described above is as follows.
분리하고자 하는 미세입자를 유입구(60)를 통해 유입시키면 가속노즐기판(62)에 의해 가속되며, 가속된 미세입자를 소정간격 떨어져 배치된 충돌판(66)에 충돌되어 관성이 분리직경보다 큰 미세입자는 충돌판에 부착되고, 관성이 분리직경보다 작은 입자는 유로를 따라 그대로 유출구(68)를 통해 흘러나가게 된다.When the microparticles to be separated are introduced through the
상기 가상임팩터는 상기 관성임팩터에서와 같이 미세입자가 가지는 관성을 이용하여 입자의 직경에 따라 일정범위별로 분리하는 장치로서, 도 7에 도시된 바와 같이 미세입자가 유입되는 유입구(70); 상기 미세입자의 운동에너지를 가속시키기 위해 분리되는 미세입자의 직경에 따라 소정의 직경을 갖는 가속노즐(72); 상기 가속노즐(72)로부터 소정 간격을 갖고 떨어져 배치되고 유선에서 벗어난 분리직경보다 큰 미세입자가 포집되는 가상 공간을 가진 수집관(74); 상기 가속노즐(72)로부터 유출된 미세입자 중 분리직경보다 작은 입자가 상기 가속노즐(72)과 상기 수집관(74) 사이의 소정간격 사이로 흐르게 하여 미세입자를 외부로 유출시키기 위한 주유동출구(76); 및 상기 수집관(74)을 통해 분리된 분리직경이 큰 미세입자를 유해성 측정수단(50)으로 유출시키기 위한 부유동출구(78)를 포함한다.The virtual impactor is a device that separates by a predetermined range according to the diameter of the particles by using the inertia of the fine particles as in the inertial impactor, as shown in FIG. An
분리되는 미세입자의 크기는 상기 가속노즐(72)에서 가속되는 속도(즉, 가속노즐기판(72)의 토출 직경)에 따라 달라지게 되므로, 상기 유입구(70), 가속노즐(72) 및 수집관(74)의 직경과, 가속노즐(72)과 수집관(74)사이의 간격은 분리하고자 하는 미세입자의 분리직경에 따라 그 크기가 다른 것으로 쉽게 분리 및 조립될 수 있도록 한다.Since the size of the fine particles to be separated depends on the speed accelerated in the acceleration nozzle 72 (that is, the discharge diameter of the acceleration nozzle substrate 72), the
상기와 같이 구성된 가상임팩터에 의해 미세입자를 분리하는 방법은 다음과 같다.Method for separating the fine particles by the virtual impactor configured as described above is as follows.
분리 하고자 하는 미세입자를 유입구(70)를 통해 유입시키면 가속노즐(72)에 의해 가속되며, 가속된 미세입자를 가속노즐(72)과 가속노즐(72)로부터 소정간격 떨어져 배치된 수집관(74) 사이로 흐르게 하면 분리직경보다 큰 입자는 수집관(74)로 흐르게 되어 부유동출구(78)를 통해 유해성 측정수단(50)으로 유출시키고, 분리직경보다 작은 입자는 유로를 따라 흐르게 되어 주유동출구(76)를 통해 외부로 유출된다.When the fine particles to be separated through the
상기 싸이클론은 원심력을 이용하여 입자의 직경에 따라 일정범위별로 분리하는 장치로서, 도 9에 도시된 바와 같이 미세입자가 유입되는 유입구(80); 유입된 미세입자를 직경에 따라 분리하기 위해 아래쪽이 좁은 원뿔 모양의 몸통부(82); 분리하고자 하는 분리직경이 큰 미세입자가 포집되는 상기 몸통부(82)의 하단에 형성되는 포집부(84); 및 분리직경이 큰 미세입자가 분리되고 난 후의 분리직경이 작은 미세입자를 유출시키기 위한 유출구(86)를 포함한다.The cyclone is a device that separates by a certain range according to the diameter of the particles by using a centrifugal force, as shown in Figure 9, the
상기 유입구(80), 몸통부(82), 유출구(86)의 크기를 다르게 함으로써 분리하고자 하는 미세입자의 크기를 다르게 할 수 있다.By varying the size of the
상기와 같이 구성된 싸이클론에 의해 미세입자를 분리하는 방법은 다음과 같다.The method for separating the microparticles by the cyclone configured as described above is as follows.
유입구(80)로부터 유입된 입자는 원뿔 모양의 몸통부(82) 안쪽면에 접선방향으로 충돌하면서 아래쪽으로 소용돌이치며 포집부(84)까지 내려간다. 그후 방향을 바꾸어 몸통부(82)의 축을 따라 나선모양으로 상승한 뒤 상부에 형성된 유출구(86)로 빠져나간다. 이때 분리직경보다 큰 입자는 상대적으로 큰 원심력에 의해 몸통부(82) 벽면에 충돌 또는 부착된 뒤 포집부(84)에 쌓이게 되고, 분리직경보다 작은 입자는 작은 원심력을 갖기 때문에 내부면에 충돌하지 않고 그대로 유출구(86)를 통해 빠져나가게 된다. Particles introduced from the
이에, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 나노입자의 직경에 따라 500∼1000㎚, 100∼500㎚, 100㎚이하로 분리할 수 있도록 각각 범위에 맞는 분리수단(30)을 갖추어 500∼1000㎚의 미세입자를 분리할 수 있는 제 1분리수단(32)부터 설치하고, 100∼500㎚의 미세입자를 분리할 수 있는 제 2분리수단(34), 100㎚이하의 미세입자를 분리할 수 있는 제 3분리수단(36) 순서로 직렬 연결한 후 미세입자의 크기가 큰 500∼1000㎚의 미세입자를 먼저 분리하고, 다음으로 100∼500㎚의 미세입자를 분리하며, 마지막으로 100㎚이하의 미세입자를 분리한다.Accordingly, the present invention is equipped with a separation means 30 for each range so as to be separated into 500 ~ 1000nm, 100 ~ 500nm, 100nm or less according to the diameter of the nanoparticles as shown in Figure 1 500 ~ 1000 From the first separation means 32 capable of separating fine particles of nm, the second separation means 34 capable of separating fine particles of 100 to 500 nm, and fine particles of 100 nm or less can be separated. After the serial connection in the order of the third separation means (36) in order to separate the 500 ~ 1000nm microparticles having a large size of the microparticles first, and then to separate the 100 ~ 500nm microparticles, and finally 100nm or less To separate the fine particles.
상기 나노입자 발생수단(10)과 분리수단(30)은 연결관(40)에 의해 연결되어 있으며, 각 범위별 미세입자를 분리하는 분리수단(30) 사이에도 연결관(40)에 의해 연결된다. 즉, 나노입자 발생수단(10)에서 발생된 미세입자를 제 1분리수단(32)에 유입시켜 500∼1000㎚의 미세입자를 분리하고 500∼1000㎚보다 작은 미세입자는 연결관(40)을 통해 제 2분리수단(34)에 유입시켜 100∼500㎚의 미세입자를 분리한 후 100∼500㎚보다 작은 미세입자는 연결관(40)을 통해 제 3분리수단(36)에 유입시켜 100㎚ 이하의 미세입자를 분리하게 된다.The nanoparticle generating means 10 and the separating means 30 are connected by a connecting
상기와 같이 각 범위별 분리수단(30)에서 분리된 미세입자를 유해성 측정수단(50)에 공급하여 선구물질의 유해성을 측정하게 된다.As described above, the microparticles separated by the separation means 30 for each range are supplied to the hazard measurement means 50 to measure the hazards of the precursors.
상기 유해성 측정수단(50)은 측정물질을 실험체의 호흡기를 통한 흡입을 이용한 액상 물질의 유해성을 측정할 수 있는 측정수단으로서, 본 발명의 출원인에 의해 출원한 대한민국 등록실용신안공보 제 0304964호에 기재되어 있다. 이 공보의 전체 내용은 본원에 참고로 원용된다. The hazard measuring means 50 is a measuring means for measuring the harmfulness of a liquid substance using the inhalation through the respiratory apparatus of the test substance, described in the Republic of Korea Utility Model Publication No. 0304964 filed by the applicant of the present invention It is. The entire contents of this publication are incorporated herein by reference.
도 11에 도시된 바와 같이 상기 유해성 측정수단(50)은 미세 입자를 연결 장치(300)로 보내는 서버 챔버(230) 및 유출된 미세 입자를 외부로 배출하는 메인 챔버(220)를 구비하는 실험 챔버(200)를 포함한다.As illustrated in FIG. 11, the hazard measuring means 50 includes an experiment chamber including a
상기 실험 챔버(200)는 측정물질이 유입되는 투입구(210), 유입된 측정물질이 실험체의 호흡기에 균등한 농도로 배분되어 노출되도록 메인 챔버(220) 내부에 형성된 서버 챔버(230), 측정물질을 실험체의 호흡기에 노출시키기 위한 연결 장치(300)와 결합되는 유도 파이프(240), 측정물질을 실험체의 호흡기에 노출시킨 후 외부로 배출되도록 형성된 메인 챔버(220), 상기 메인 챔버(220)의 상부에 형성 된 배출구(250)를 구비한다.The
상기 투입구(210)는 실험 챔버(200)의 하부에 형성되어 상기 서버 챔버(230)와 연결되어 있으며, 상기 유도 파이프(240)는 서버 챔버(230)의 외측둘레에 다수개가 일정한 간격을 유지한 상태로 배열되며 상기 메인 챔버(220)를 관통하여 설치되어 각각 상기 연결 장치(300)와 결합된다.The
상기 유도 파이프(240)는 피실험체가 동시에 이용하는 것을 가능하게 하며, 이를 통해 동일한 조건으로 유해성 평가가 가능하다.The
특히, 상기 다수의 유도 파이프(240)는 미세입자의 동일한 조건으로 유해성을 평가하기 위해 서버 챔버(230)의 중심을 기준으로 서로 대칭이 되도록 위치되는 것이 바람직하다.In particular, the plurality of
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not as restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 미세입자 분리장치는 기체 상의 물질을 포집 가능한 크기의 미세입자로 성장시켜서 얻어진 다양한 크기 및 형상의 미세입자를 입자 크기의 일정범위별로 분리하기 위해 각각의 범위에 맞는 다수 개의 분리수단을 직렬로 연결하여 일정범위별로 미세입자를 분리함으로써 일정범위별 미세입자를 동시에 분리하여 유해성을 측정할 수 있는 이점이 있다.As described above, the microparticle separation device according to the present invention is to separate the microparticles of various sizes and shapes obtained by growing the gaseous phase into a microparticle having a size that can be collected in each range in order to separate by a certain range of particle size. By connecting a plurality of separation means in series to separate the fine particles by a certain range has the advantage that can be measured at the same time by separating the fine particles by a certain range at the same time.
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