KR100885868B1 - 극미세입자 샘플러 - Google Patents

극미세입자 샘플러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대기 중 부유하는 극미세입자를 크기에 따라 정확하게 채취함과 함께 휴대가 용이하도록 하여 제반 장소에서의 극미세입자 농도 측정이 가능한 극미세입자 샘플러에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 극미세입자 샘플러는 다양한 크기의 입자를 포함하는 공기를 흡입하여 극미세입자를 선택적으로 채취하는 극미세입자 샘플러에 있어서, 공기 중에 포함되어 있는 입자들을 대전시키는 역할을 하는 에어로졸 하전부, 상기 대전된 입자들을 대전된 입자의 크기에 따른 전기적 이동도 차이를 이용하여 극미세입자를 분리하는 역할을 하는 정전 분리부 및 상기 에어로졸 하전부의 전단 또는 후단에 구비되어 일정 크기 이상의 입자들을 1차적으로 걸러내는 역할을 하는 임팩터를 포함하여 이루어지며, 상기 극미세입자 샘플러의 내부 공간은 공기가 유동하는 공기 유로로 정의되며 상기 에어로졸 하전부, 임팩터 및 정전 분리부는 상기 공기 유로를 따라 구비되며, 상기 정전 분리부는 정전 분리부가 구비되는 위치에 상응하는 공기 유로의 공간에 전기장을 형성하고, 형성된 전기장에 의해 힘이 각각의 대전된 입자에 작용되도록 하여 상대적으로 작은 질량의 극미세입자와 상대적으로 큰 질량의 입자들을 분리하는 것을 특징으로 한다.

Description

극미세입자 샘플러{Sampler for ultra-fine particles}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극미세입자 샘플러의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩터의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩터의 동작 원리를 설명하기 위한 참고도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 극미세입자 샘플러의 동작을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 극미세입자 샘플러의 사진.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 극미세입자 샘플러의 각 부품의 사진.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 극미세입자 샘플러를 이용하여 실제 극미세입자를 채취한 결과를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
100 : 극미세입자 샘플러
101 : 공기 유로 102 : 공기 펌프
110 : 공기 흡입구 120 : 에어로졸 하전기
121 : 제 1 고전압 발생기 122 : 제 1 고전압 전극봉
130 : 임팩터 131 : 노즐판
131a : 노즐 132 : 충돌판
132a : 개구부 140 : 정전 분리부
141 : 제 2 고전압 발생기 142 : 제 2 고전압 전극봉
143 : 여과 수단 143a : 헤파 필터
143b : 분리 홈 150 : 극미세입자 채취부
151 : 여과지
본 발명은 극미세입자 샘플러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대기 중 부유하는 극미세입자를 크기에 따라 정확하게 채취함과 함께 휴대가 용이하도록 하여 제반 장소에서의 극미세입자 농도 측정이 가능한 극미세입자 샘플러에 관한 것이다.
대기 중에 부유하는 입자 중 약 100nm 이하의 극미세입자들은 인간의 호흡기에 걸러지지 않고 폐 속의 폐포까지 도달하여 침착될 확률이 높고, 동일 질량의 입 자에 비해 표면적이 상대적으로 매우 커 입자 내에 포함된 독성물질들이 쉽게 세포에 흡수될 가능성이 높다. 이러한 극미세입자들은 경유 자동차, 나노물질을 제조하는 산업 현장 등 다양한 배출원으로부터 발생된다.
따라서, 극미세입자에의 노출을 최소화할 필요가 있으며 이를 위해 특정 공간, 장소에서의 대기 중 극미세입자를 용이하게 채취하여 특성을 파악할 수 있는 극미세입자 샘플러가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위해 안출한 것으로서, 대기 중 부유하는 극미세입자를 크기에 따라 정확하게 채취함과 함께 휴대가 용이하도록 하여 제반 장소에서의 극미세입자 농도 측정이 가능한 극미세입자 샘플러를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 극미세입자 샘플러는 다양한 크기의 입자를 포함하는 공기를 흡입하여 극미세입자를 선택적으로 채취하는 극미세입자 샘플러에 있어서, 공기 중에 포함되어 있는 입자들을 대전시키는 역할을 하는 에어로졸 하전부, 상기 대전된 입자들을 대전된 입자의 크기에 따른 전기적 이동도 차이를 이용하여 극미세입자를 분리하는 역할을 하는 정전 분리부 및 상기 에어로졸 하전부의 전단 또는 후단에 구비되어 일정 크기 이상의 입자들을 1차적으로 걸러내는 역할을 하는 임팩터를 포함하여 이루어지며, 상기 극미세입자 샘플러의 내부 공간은 공기가 유동하는 공기 유로로 정의되며 상기 에어로졸 하전부, 임팩터 및 정전 분리부는 상기 공기 유로를 따라 구비되며, 상기 정전 분리부는 정전 분리부가 구비되는 위치에 상응하는 공기 유로의 공간에 전기장을 형성하고, 형성된 전기장에 의해 힘이 각각의 대전된 입자에 작용되도록 하여 상대적으로 작은 질량의 극미세입자와 상대적으로 큰 질량의 입자들을 분리하는 것을 특징으로 한다.
상기 임팩터는 노즐판과, 상기 노즐판으로부터 하부로 이격된 위치에 구비되는 충돌판의 조합으로 이루어지며, 상기 노즐판에는 입자들이 통과되는 복수개의 노즐이 구비되고 상기 충돌판의 가장자리에는 개구부가 구비되며, 상기 노즐판의 노즐과 상기 충돌판의 개구부는 대응되는 위치에 구비되지 않는다. 이 때, 상기 노즐판의 노즐을 통과하는 입자들은 상기 충돌판에 의해 90도 꺾여 제트 유선을 형성하며, 상대적으로 큰 질량의 입자들은 상기 충돌판에 충돌, 포집되고 상대적으로 작은 질량의 입자들은 상기 제트 유선을 따라 이동하여 충돌판의 개구부를 따라 배출된다. 또한, 상기 충돌판의 표면에는 충돌된 입자들을 포집하는 역할을 하는 접착막가 구비되며, 상기 노즐판의 노즐의 직경은 0.1∼1mm이다.
상기 정전 분리부는 제 2 고전압 발생기 및 제 2 고전압 전극봉을 포함하여 구성되며, 정전 분리부에 구비된 위치에 상응하는 공기 유로의 내측벽이 접지 상태(ground)를 이루는 상태에서, 상기 제 2 고전압 발생기에서 고전압을 발생시키고 상기 제 2 고전압 전극봉에 인가하여 상기 정전 분리부에 구비된 위치에 상응하는 공기 유로의 공간에 전기장을 형성한다. 이 때, 상기 제 2 고전압 전극봉은 공기 유로의 중앙 부위에 수직 방향으로 구비되며, 상기 제 2 고전압 전극봉에는 1∼3kV의 전압이 인가된다.
상기 에어로졸 하전부는 코로나 방전, 방사선, 자외선 및 X-선 중 어느 하나를 이용하여 입자들을 대전시키며, 코로나 방전을 이용하여 입자들을 대전시키는 경우 상기 에어로졸 하전부는 제 1 고전압 발생기 및 제 1 고전압 전극봉을 포함하여 구성되며, 상기 에어로졸 하전부가 구비된 위치에 상응하는 공기 유로의 내측벽은 접지 상태를 이루는 상태에서, 상기 제 1 고전압 발생기는 고전압을 발생시켜 상기 제 1 고전압 전극봉에 인가하여 코로나 방전을 유도함으로써 입자들을 (+) 상태로 대전시킨다. 이 때, 상기 제 1 고전압 전극봉은 공기 유로의 내측벽에 구비되며, 상기 제 1 고전압 전극봉에 인가되는 전압은 4∼6kV이다.
상기 정전 분리부에 형성된 전기장에 의해 상대적으로 작은 질량의 극미세입자는 공기 유로의 내측벽으로 이동되고, 상대적으로 큰 질량의 입자들은 공기 유로의 중앙 부위에 머무른다. 또한, 상기 정전 분리부의 하단에 여과 수단이 더 구비되는데, 상기 여과 수단은 상기 공기 유로의 내측벽에 상대적으로 가까운 부위에 상기 공기 유로의 내측벽으로 이동된 극미세입자들이 통과할 수 있는 분리 홈을 구비하고, 상기 여과 수단의 중앙 부위에 극미세입자들보다 큰 입자들을 걸러내는 역할을 하는 헤파 필터가 구비된다. 그리고, 상기 분리 홈의 직경은 상기 제 2 고전압 전극봉에 인가되는 전압의 크기와 비례 관계를 갖는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 극미세입자 샘플러를 상 세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극미세입자 샘플러의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩터의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임팩터의 동작 원리를 설명하기 위한 참고도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 극미세입자 샘플러(100)는 외부 환경과 격리된 내부 공간을 구비하며 상기 내부 공간은 공기 유로(101)로 정의된다. 또한, 상단에 공기 흡입구(110)가 구비되고 하단에 극미세입자 채취부(150)가 구비되어 공기 중 포함되어 있는 극미세입자가 상기 공기 유로(101)를 따라 최종적으로 상기 극미세입자 채취부(150)에 의해 채취된다.
극미세입자 채취를 위해 상기 공기 흡입구(110)와 극미세입자 채취부(150) 사이에는 에어로졸 하전부(120), 임팩터(130) 및 정전 분리부(140)가 구비된다. 상기 에어로졸 하전부(120), 임팩터(130) 및 정전 분리부(140)는 상기 공기 흡입구(110)를 통해 흡입된 공기에 포함되어 있는 다양한 크기의 입자 중 극미세입자를 분리해 내기 위한 수단으로서 각각 다음과 같은 역할을 수행한다.
상기 에어로졸 하전부(120)는 상기 공기 흡입구(110)를 통해 흡입된 공기 중에 포함되어 있는 입자들을 대전시켜 상기 정전 분리부(140)에 의한 극미세입자 분리가 용이하게 진행되도록 하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 에어로졸 하전부(120)는 제 1 고전압 발생기(121)와 제 1 고전압 전극봉(122)을 포함하여 구성되며, 상기 제 1 고전압 발생기(121)는 4∼6kV의 고전압을 발생시켜 상기 제 1 고전압 전극봉(122)에 인가하는 역할을 한다. 상기 제 1 고전압 전극봉(122)에 고전압이 인가되면 코로나 방전이 유도되어 (+)이온이 생성되며, 이와 같은 (+)이온에 의 해 입자들이 (+) 상태로 대전되는 것이다. 이 때, 코로나 방전의 유도를 위해 상기 에어로졸 하전부(120)에 상응하는 공기 유로(101)의 내측벽은 접지 상태(ground)를 유지한다. 여기서, 상기 제 1 고전압 전극봉(122)은 공기 유로(101)의 내측벽에 구비되는 것이 바람직하며, 이는 공기의 흐름과의 접촉을 최소화하여 전기장에 의해 극미세입자들이 손실되는 것을 방지하기 위함이다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 있어서 입자를 대전시키는 상기 에어로졸 하전부(120)의 구성으로서 제 1 고전압 발생기(121) 및 제 1 고전압 전극봉(122)을 통한 코로나 방전을 제시하였으나, 이와 같은 코로나 방전 이외에 입자를 하전시키는 수단으로서 방사선, 자외선, X-선 등을 발생시키는 장치 등도 이용, 가능하다. 또한, 입자들의 대전 상태는 (-) 극성도 가능하다.
상기 임팩터(130)는 관성의 차이를 이용하여 극미세입자보다 상대적으로 큰 일정 크기 이상의 입자들을 걸러내는 역할을 수행하는 것으로서, 세부적으로 노즐판(131)과 충돌판(132)으로 구성된다. 참고로, 극미세입자의 크기가 50∼100nm라고 정의하면 상기 임팩터(130)에 의해 걸러지는 입자의 크기는 500nm 이상이라 할 수 있다.
상기 노즐판(131)은 도 2에 도시한 바와 같이 입자들이 통과될 수 있는 복수개의 노즐(131a)을 구비하며, 상기 충돌판(132)은 상기 노즐판(131)과 이격된 위치에 구비되며 일측에 소정 형상의 개구부(132a)를 구비한다. 상기 충돌판(132)의 개구부(132a)는 충돌판(132)의 외곽에 구비되는 것이 바람직하며 상기 노즐판(131)의 노즐(131a)들은 노즐판(131)의 중앙 부위에 구비되어 상기 충돌판(132)의 개구 부(132a)와 상기 노즐판(131)의 노즐(131a)들이 대응되는 위치에 구비되지 않도록 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 각각의 노즐(131a)의 직경은 0.1∼1mm가 바람직하다.
한편, 상기 노즐판(131)과 충돌판(132)에 의해 일정 크기 이상의 입자들이 걸러지는 원리를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 상기 노즐판(131)의 노즐(131a)에 유입되어 통과하게 되는 공기는 유입 전의 환경보다 상대적으로 작은 크기의 노즐(131a)에 의해 유속이 빨라지게 된다(베르누이의 법칙). 상기 노즐(131a)에 의해 일정 속도로 가속된 공기는 상기 충돌판(132)에 부딪혀 도 3에 도시한 바와 같이 공기의 흐름이 90도로 꺾이게 되고 최종적으로, 충돌판(132)의 외곽에 형성된 개구부(132a)를 통해 배출된다.
상기 충돌판(132)에 의해 공기의 흐름이 90도 꺾임에 따라 공기 중에 포함되어 있는 입자들 역시 90도로 꺾이게 되는데, 이 때의 입자들의 흐름은 제트 유선(jet streamline)이라 정의된다. 상기 제트 유선을 따라 입자들이 흐르고 최종적으로 충돌판(132)의 개구부(132a)를 통해 배출됨에 있어서, 상대적으로 작은 크기의 입자들은 제트 유선을 따라 이동하여 충돌판(132)의 개구부(132a)로 배출되나 상대적으로 큰 크기의 입자들은 제트 유선을 따라 이동하지 못하고 상기 충돌판(132)에 충돌하게 되어 궁극적으로, 일정 크기 이상의 입자들을 상기 충돌판(132)을 통해 걸러낼 수 있게 된다. 여기서, 상기 충돌판(132)의 표면에는 접착막가 구비되어 상기 제트 유선을 따라 이동하지 못하고 상기 충돌판(132)에 충돌된 입자 즉, 일정 크기의 이상의 입자들을 포집한다.
상기 에어로졸 하전부(120) 및 임팩터(130)를 거쳐 일정 크기 이하로 1차적으로 걸러진 입자들은 상기 정전 분리부(140)로 전달되는데, 상기 정전 분리부(140)는 전달된 입자들 중 극미세입자만을 최종적으로 분리하는 역할을 수행한다.
상기 에어로졸 하전부(120) 및 임팩터(130)를 거친 입자들 중에서 극미세입자를 분리하는 원리는, 상기 정전 분리부(140)에 상응하는 공기 유로(101)에 전기장을 형성하고 이와 같은 상태에서 상대적으로 질량 큰 입자들과 상대적으로 질량이 작은 입자들 사이의 전기적 이동도 차이를 이용하여 상대적으로 질량이 작은 입자 즉, 극미세입자들을 분리하는 것이다.
이를 구현하기 위해, 상기 정전 분리부(140)에는 제 2 고전압 발생기(141), 제 2 고전압 전극봉(142)이 구비된다. 여기서, 상기 제 2 고전압 전극봉(142)은 입자의 대전을 균일하게 하기 위해 공기 유로(101)의 중앙 부위에 수직 방향으로 구비되는 것이 바람직하며 상기 제 2 고전압 전극봉(142)는 상기 제 1 고전압 전극봉에 대비하여 상대적으로 봉의 두께가 두껍다. 상기 제 2 고전압 발생기(141)는 1∼3kV의 고전압을 발생시켜 상기 제 2 고전압 전극봉(142)에 인가하는 역할을 한다. 이 때, 상기 에어로졸 하전부(120)에 의해 입자들이 대전된 상태를 유지하고 상기 정전 분리부(140)에 상응하는 공기 유로(101)의 내측벽은 접지 상태(ground)로 유지됨에 따라, 정전 분리부(140)에 상응하는 공기 유로(101)에는 전기장이 형성되며 대전된 입자들에는 전기장에 의한 힘이 작용되는데, 아래의 수식 1에 의해 대전된 입자의 질량이 클수록 전기적 이동도가 작게 된다. 따라서, 상대적으로 작은 질량 의 입자 즉, 극미세입자들은 공기 유로(101)의 내측벽을 향하여 이동하게 되고 상대적으로 큰 질량의 입자는 공기 유로(101)의 중앙 부위에 머물게 되어 극미세입자들을 분리할 수 있게 된다.
또한, 전기장의 크기는 아래의 수식 2와 같이 인가되는 전압에 비례됨에 따라 전압의 크기를 조절하여 전기장의 크기를 제어할 수 있게 되며, 전기장의 크기는 대전된 입자의 이동도와 관계됨에 따라 궁극적으로 상기 제 2 고전압 전극봉(142)에 인가되는 전압을 조절하여 상기 공기 유로(101)의 내측벽으로 이동되는 극미세입자의 크기를 제어할 수 있게 된다.
<수식 1>
F = q·E = m·a
(F는 대전된 입자에 작용하는 힘, E는 전기장의 크기, m은 대전된 입자의 질량)
<수식 2>
E = V/d
상기 정전 분리부(140)에 상응하는 공기 유로(101) 하단부에는 상기 공기 유로(101)의 내측벽으로 이동된 극미세입자들만을 선택적으로 통과시키기 위한 여과 수단(143)이 구비된다. 상기 여과 수단(143)은 중앙 부위에 극미세입자보다 큰 입자들을 걸러내기 위한 헤파(HEPA) 필터(143a)를 구비하고 외곽 부위 즉, 상기 공기 유로(101)의 내측벽에 상응하는 부위에는 상기 공기 유로(101)의 내측벽으로 이동된 극미세입자들이 통과할 수 있는 분리 홈(143b)을 구비한다. 상기 여과 수 단(143)은 분리 홈(143b)은 극미세입자의 크기에 따라 다양하게 변경, 가능하며 상술한 바와 같이 분리되는 극미세입자의 크기는 전압에 관계됨에 따라 분리 홈(143b)의 직경은 상기 제 2 고전압 전극봉(142)에 인가되는 전압에 따라 선택적으로 조절할 수 있다.
이상, 상기 공기 흡입구(110)와 극미세입자 채취부(150) 사이에 구비되는 에어로졸 하전부(120), 임팩터(130) 및 정전 분리부(140)의 구성에 대해 설명하였다. 참고로, 도 1 및 관련 설명에 있어서 임팩터(130)를 에어로졸 하전부(120)의 하단에 구비시키는 것을 기준으로 하였으나, 임팩터(130)를 상기 에어로졸 하전부(120)의 상단에 구비시키는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 임팩터(130)를 통해 일정 크기 이상의 입자들을 걸러내고, 걸러진 일정 크기 이상의 입자들에 대해 상기 에어로졸 하전부(120)를 통해 대전시키는 순서로 진행된다.
한편, 상기 정전 분리부(140)에 의해 걸러진 극미세입자들은 상기 극미세입자 채취부(150)에 구비된 여과지(151)에 의해 최종적으로 채취된다. 참고로, 상기 공기 펌프(102)는 공기의 흐름이 2～5ℓ/min가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 도면에 도시하지 않았지만 상기 극미세입자 채취부(150)에 여과지(151)르 제거하고서 분석 수단을 구비시켜 상기 극미세입자 채취부(150)를 통과한 극미세입자들에 대해 질량 농도 및 성분 등의 특성을 측정할 수 있다. 참고로, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 극미세입자 샘플러의 사진이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 극미세입자 샘플러의 각 부품의 사진을 나타낸 것이다. 도 6에 있어서, 제 1 및 제 2 고전압 발생기(141) 등은 포함되지 않았으며 상단은 맨 왼쪽부터 공기 흡입구(110), 에어로졸 하전부(120), 임팩터(130), 정전 분리부(140)(왼쪽에서 4번째 및 5번째 부품), 극미세입자 채취부(150)가 나열된 것이며 하단은 맨 왼쪽부터 제 1 고전압 전극봉(122), 충돌판(132), 제 2 고전압 전극봉(142), 여과 수단(143)이 나열된 것이다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 극미세입자 샘플러의 동작을 설명하면 다음과 같다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 극미세입자 샘플러의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같이 공기 펌프(102)의 동작에 의해 공기 흡입구(110)에 공기가 흡입되며(S401), 이 때 흡입되는 공기의 유량은 2∼5ℓ/min가 바람직하다. 흡입된 공기 정확히는, 공기 중에 포함되어 있는 입자들은 상기 에어로졸 하전부(120)에 의해 대전된다(S402). 상기 입자들의 대전은 코로나 방전을 이용하거나 방사선, 자외선, X-선 등을 이용할 수 있다.
이와 같은 상태에서 대전된 입자들은 상기 임팩터(130)의 노즐판(131) 및 충돌판(132)을 거치게 되고 이에 따라, 일정 크기 이상의 입자들은 1차적으로 걸러지게 된다(S403). 구체적으로, 대전된 입자들은 상기 노즐판(131)의 노즐(131a)을 통해 가속되고 충돌판(132)에 의해 제트 유선을 형성하게 되는데 상대적으로 큰 질량의 입자들은 제트 유선에 따라 이동하지 못하게 되어 최종적으로, 일정 크기 이하의 입자들만 상기 충돌판(132)의 개구부(132a)를 통해 배출된다. 이 때, 전술한 바와 같이 공기 흡입구(110)를 통해 흡입된 입자들에 대해 임팩터(130)를 먼저 거치 도록 하고 상기 에어로졸 하전부(120)를 나중에 거치게 할 수도 있다.
상기 에어로졸 하전부(120) 및 임팩터(130)를 통해 1차적으로 걸러진 입자들은 정전 분리부(140)에 전달되며, 상기 정전 분리부(140)는 해당 정전 분리부(140)에 상응하는 공기 유로(101)의 공간에 전기장을 인가시켜 상대적으로 질량이 작은 입자와 큰 입자를 공간적으로 분리시킨다(S404). 즉, 상대적으로 질량이 작은 입자 즉, 극미세입자는 전기적 이동도가 상대적으로 커 공기 유로(101)의 내측벽으로 이동하고, 상대적으로 질량이 큰 입자는 전기적 이동도가 상대적으로 작아 공기 유로(101)의 중앙 부위에 머물게 된다.
이와 같이 분리된 극미세입자는 최종적으로 여과 수단(143)의 분리 홈(143b)을 거쳐 상기 극미세입자 채취부(150)에 전달된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 극미세입자 샘플러를 이용하여 실제 극미세입자를 채취한 결과를 나타낸 그래프로서, 도 7에 도시한 바와 같이 다양한 크기의 극미세입자를 선택적으로 채취할 수 있음을 알 수 있다. 도 7에 있어서, X축은 극미세입자의 크기를 나타낸 것이며 Y축은 극미세입자의 크기에 따른 채취 확률을 나타낸 것이다. 한편, 전술한 바와 같이 제 2 고전압 전극봉(142)에 인가되는 전압의 조절을 통해 채취되는 극미세입자 크기를 제어할 수 있음에 따라, 도 7의 극미세입자의 크기 및 그에 따른 채취 확률은 선택적으로 가변될 수 있다.
본 발명에 따른 극미세입자 샘플러는 다음과 같은 효과가 있다.
공기 중에 포함되어 있는 입자들을 대전시키고, 전기적 이동도를 이용하여 채취되는 극미세입자의 크기를 선택적으로 조절할 수 있어 제반 공간에서의 극미세입자 농도 등의 특성을 용이하게 파악할 수 있게 된다.

Claims (18)

  1. 다양한 크기의 입자를 포함하는 공기를 흡입하여 극미세입자를 선택적으로 채취하는 극미세입자 샘플러에 있어서,
    공기 중에 포함되어 있는 입자들을 대전시키는 역할을 하는 에어로졸 하전부, 상기 대전된 입자들을 대전된 입자의 크기에 따른 전기적 이동도 차이를 이용하여 극미세입자를 분리하는 역할을 하는 정전 분리부 및 상기 에어로졸 하전부의 전단 또는 후단에 구비되어 일정 크기 이상의 입자들을 1차적으로 걸러내는 역할을 하는 임팩터를 포함하여 이루어지며,
    상기 극미세입자 샘플러의 내부 공간은 공기가 유동하는 공기 유로로 정의되며 상기 에어로졸 하전부, 임팩터 및 정전 분리부는 상기 공기 유로를 따라 구비되며,
    상기 정전 분리부는 정전 분리부가 구비되는 위치에 상응하는 공기 유로의 공간에 전기장을 형성하고, 형성된 전기장에 의해 힘이 각각의 대전된 입자에 작용되도록 하여 상대적으로 작은 질량의 극미세입자와 상대적으로 큰 질량의 입자들을 분리하며,
    상기 임팩터는 노즐판과, 상기 노즐판으로부터 하부로 이격된 위치에 구비되는 충돌판의 조합으로 이루어지며, 상기 노즐판에는 입자들이 통과되는 복수개의 노즐이 구비되고 상기 충돌판 외곽에 개구부가 구비되며, 상기 노즐판의 노즐과 상기 충돌판의 개구부는 대응되는 위치에 구비되지 않으며,
    상기 노즐판의 노즐을 통과하는 입자들은 상기 충돌판에 의해 90도 꺾여 제트 유선을 형성하며, 상대적으로 큰 질량의 입자들은 상기 충돌판에 충돌, 포집되고 상대적으로 작은 질량의 입자들은 상기 제트 유선을 따라 이동하여 충돌판의 개구부를 따라 배출되며,
    상기 정전 분리부의 하단에 여과 수단이 더 구비되고,
    상기 여과 수단은 상기 공기 유로의 내측벽에 상대적으로 가까운 부위에 상기 공기 유로의 내측벽으로 이동된 극미세입자들이 통과할 수 있는 분리 홈을 구비하고, 상기 여과 수단의 중앙 부위에 극미세입자들보다 큰 입자들을 걸러내는 역할을 헤파 필터가 구비되며,
    상기 여과 수단의 하단에 특정 크기 이상의 극미세입자를 걸러내는 역할을 하는 여과지가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 충돌판의 표면에는 충돌된 입자들을 포집하는 역할을 하는 접착막이 구비되는 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐의 직경은 0.1∼1mm인 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 정전 분리부는 제 2 고전압 발생기 및 제 2 고전압 전극봉을 포함하여 구성되며,
    정전 분리부에 구비된 위치에 상응하는 공기 유로의 내측벽이 접지 상태(ground)를 이루는 상태에서, 상기 제 2 고전압 발생기에서 고전압을 발생시키고 상기 제 2 고전압 전극봉에 인가하여 상기 정전 분리부에 구비된 위치에 상응하는 공기 유로의 공간에 전기장을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 고전압 전극봉은 공기 유로의 중앙 부위에 수직 방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 고전압 전극봉에는 1∼3kV의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 에어로졸 하전부는 코로나 방전, 방사선, 자외선 및 X-선 중 어느 하나를 이용하여 입자들을 대전시키는 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  10. 제 9 항에 있어서, 코로나 방전을 이용하여 입자들을 대전시키는 경우 상기 에어로졸 하전부는 제 1 고전압 발생기 및 제 1 고전압 전극봉을 포함하여 구성되며,
    상기 에어로졸 하전부가 구비된 위치에 상응하는 공기 유로의 내측벽은 접지 상태를 이루는 상태에서, 상기 제 1 고전압 발생기는 고전압을 발생시켜 상기 제 1 고전압 전극봉에 인가하여 코로나 방전을 유도함으로써 입자들을 (+) 상태 또는 (-) 상태의 단일 극성으로 대전시키는 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 고전압 전극봉은 공기 유로의 내측벽에 구비되는 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 고전압 전극봉에 인가되는 전압은 4∼6kV인 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 정전 분리부에 형성된 전기장에 의해 상대적으로 작 은 질량의 극미세입자는 공기 유로의 내측벽으로 이동되고, 상대적으로 큰 질량의 입자들은 공기 유로의 중앙 부위에 머무르는 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 홈의 직경은 상기 제 2 고전압 전극봉에 인가되는 전압의 크기와 비례 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
  17. 삭제
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 공기 유로를 통과하는 공기의 유량은 2∼5ℓ/min인 것을 특징으로 하는 극미세입자 샘플러.
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