KR101034401B1 - 미세입자 수집 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세입자 수집 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 전기장을 이용하여 공기 내부에 포함된 미세입자가 용매에 용해되어 수집됨으로써 미세입자를 효율적으로 수집할 수 있으며, 이 후 분리 및 분석 공정을 수행하기 위한 별도의 작업이 필요치 않은 미세입자 수집 장치에 관한 것이다.

미세입자, 수집, 정전기, 증류수

Description

미세입자 수집 장치{Airborne Sampler}

본 발명은 미세입자 수집 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 전기장을 이용하여 공기 내부에 포함된 미세입자가 용매에 용해되어 수집됨으로써 미세입자를 효율적으로 수집할 수 있으며, 이 후 분리 및 분석 공정을 수행하기 위한 별도의 작업이 필요치 않은 미세입자 수집 장치에 관한 것이다.

대기 중에 입자 상태로 존재하는 미세입자는 다양한 건강상의 문제를 유발할 수 있는 물질로서, 10 nm~1μm 정도의 직경을 갖는 실내 입자 물질이다.

상기 미세입자를 수집하여 성분, 크기 등을 비교하는 것은 환경 적합성을 판단하기 위해 매우 중요하다.

종래는 필터를 이용하여 공기 중의 입자를 포지하는 장치가 제안된 바 있다.

상기 필터는 특정 크기 이하의 입자만 상기 필터를 통과하도록 하므로, 입자의 종류 및 크기 분석에 제한이 있으며, 필터에 수집된 입자를 분석하기 위해서는 입자를 필터로부터 털어내어야 하는 데, 1μm 이하의 미세입자는 단순히 필터를 터는 공정을 통해 상기 필터로부터 분리되지 않아 별도의 공정이 수행되어야 하는 문제점이 있다.

특히, 미세입자는 직경이 작고 질량이 매우 낮아 흡입이 어려워 높은 흡입력을 통해 공기가 필터를 통과해야 하므로 미세입자를 수집하는 데 어려움이 있다.

또한, 입자 크기 및 성분을 분석하는 장비는 액체 내부에 입자가 적절히 분산되어 있는 상태에서 수행되어야 용이한 경우가 많은 데, 상기 필터를 통해 수집된 입자는 액체에 용해하고, 이를 적절하게 분산하기 위한 공정이 추가되어 수집 및 입자 분석이 용이하지 않은 문제점이 있다.

아울러, 종래의 필터를 이용한 수집 장치는 상기 필터의 수집 시간이 길고 입자의 농도가 큰 경우 필터 표면에 입자가 응집 및 분해되어 원활한 수집이 이루어지기가 어려워 전체 입자 수집 및 분석 효율을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결한 것으로서, 본 발명의 목적은 실내의 미세입자가 용매(물)에 직접 수집되어 분산되도록 하여 용이하게 미세입자를 수집할 수 있으며, 구성이 간소하고, 공기 중에 떠다니는 미세입자를 형태 그대로 수집하여 별도의 공정 없이 미세입자가 분산된 물을 이용하여 입자 크기 및 성분 분석을 진행함으로써 미세입자 수집 및 분석 효율을 높일 수 있는 미세입자 수집 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 미세입자 수집 장치(1000)는 내부에 용매(S)가 저장되는 용매 저장부(111)가 형성되는 제1몸체(110)와, 상기 제1몸체(110)의 상부에 구비되되, 길이방향으로 공기가 관통되도록 길게 중공된 공기통로(121)를 형성하는 제2몸체(120)를 포함하는 본체(100); 상기 본체(100)의 용매 저장부(111) 내부에 구비되는 금속판(200); 상기 본체(100) 내부의 공기통로(121) 상측에 구비되는 전자기형성부(300); 상기 전자기형성부(300) 및 금속판(200)에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부(400); 및 상기 공기통로(121)에 연결라인(510)을 통해 연결되어 공기를 흡입하는 공기순환펌프(500); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미세입자 수집 장치(1000)는 상기 공기통로(121)를 통해 공급된 공기 내부에 포함된 미세입자(A)가 상기 용매(S)에 분산되어 수집되는 것을 특징으 로 하고, 상기 미세입자 수집 장치(1000)는 상기 본체(100)의 상기 제2몸체(120)에 상기 전자기형성부(300)의 고정 높이를 조절하는 높이조절부(122)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 용매(S)는 증류수이며, 상기 금속판(200)은 알루미늄 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 미세입자 수집 장치는 전기장을 이용하여 실내 공기 내부에 포함된 미세입자가 수집시 용매에 직접 분산되도록 함으로써 미세입자를 효율적으로 수집할 수 있으며, 구성이 간소하며, 호흡기를 통해 유동될 수 있는 미세입자를 안정적으로 수집하여 실내 공기 상태를 판단할 수 있도록 하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 공기 중에 떠다니는 미세입자를 형태 그대로 수집할 수 있으며, 별도의 공정 없이 미세입자가 분산된 물을 이용하여 입자 크기 및 성분 분석을 진행함으로써 미세입자 수집 및 분석 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

이하, 상술한 바와 같은 미세입자 수집 장치(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1 내지 3은 본 발명에 따른 미세입자 수집 장치(1000)의 사시도, 분해사 시도, 및 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 미세입자 수집 장치(1000)의 작동 상태를 나타낸 개략도이다.

본 발명의 미세입자 수집 장치(1000)는 본체(100), 금속판(200), 전자기형성부(300), 전원공급부(400) 및 공기순환펌프(500)를 포함하여 구성된다.

상기 본체(100)는 미세입자(A)를 수집하기 위한 기본이 되는 몸체로서, 하측에 구비되는 제1몸체(110)와 그 상측에 구비되는 제2몸체(120)를 포함한다.

상기 제1몸체(110)와 제2몸체(120)는 그 위치가 정확하게 맞닿아 정위치에 존재할 수 있도록 서로 대응되는 단차가 형성되도록 할 수 있다.

상기 제1몸체(110)는 하측에 구비되며, 상측이 개구되도록 내측으로 오목한 용매 저장부(111)가 형성된다.

상기 제2몸체(120)는 상기 제1몸체(110)의 상측에 구비되되, 상기 제1몸체(110)와 제2몸체(120) 사이에 공기가 유동되도록 길이방향으로 길게 중공된 공기통로(121)를 형성하며, 내부에 전자기형성부(300)가 구비된다.

이 때, 상기 공기통로(121)의 형성 방향과 상기 용매 저장부(111)의 형성 방향은 서로 나란하게 형성된다.

상기 금속판(200)은 상기 용매 저장부(111) 내부에 구비되는 것으로서, 전자기형성부(300)와 함께 본체(100) 내부에 전자기가 형성되도록 하는 구성이다.

즉, 공기통로(121)를 기준으로 하측에는 용매(S) 내부의 금속판(200)이 존재되고, 상측에는 전자기형성부(300)가 형성된다.

이 때, 상기 금속판(200)은 상기 전자기형성부(300)보다 이온화 경향이 커 상기 전원공급부(400)의 전원 인가 시, 음극(-)이 되어 공기 내부의 미세입자(A)가 용매(S)측으로 흡착되도록 함으로써 상기 미세입자(A)가 고르게 상기 용매(S) 내부에 분산되도록 하며, 주로 사용되는 용매인 물 속에서 부식에 강하고 수집된 시료의 분석에 방해가 적은 알루미늄 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 전원공급부(400)는 상기 전자기형성부(300) 및 금속판(200)에 연결되어 전원을 공급하는 수단이다.

상기 전자기형성부(300)는 본체(100) 내부의 공기통로(121) 상측에 구비되어 상기 금속판(200)과 함께 본체(100) 내부에 전자기를 형성하는 구성으로서, 도면에서 브러시 형태를 도시하였으나, 이 외에도 다양하게 형성될 수 있다.

상기 공기순환펌프(500)는 상기 공기통로(121)와 연결라인(510)을 통해 연결되어 공기를 흡입하는 수단이다.

미세입자(A)는 10 nm~1μm 정도의 직경을 갖는 입자로서, 그 직경이 매우 작고 밀도가 낮아 필터를 이용하여 수집하는 것이 매우 어려우며, 미세입자(A)를 수집하기 위해서는 매우 큰 용량의 흡입 펌프를 이용해야 하므로 수집 장치의 구성이 대형화 및 복잡화되는 경향이 있다.

이에 반해, 본 발명의 미세입자(A) 수집 장치는 금속판(200)과 전자기형성부(300)에 전원을 인가하여 내부 전자기를 형성함으로써 미세입자(A)를 용매(S)를 통해 수집하는 데, 상기 공기순환펌프(500)에 의한 공기 순환과정에서 본체(100) 내부에 유도된 전자기에 의해 미세입자(A)가 용매(S) 내부에 직접 분산됨으로써 수 집 효율을 보다 높일 수 있고 시료의 응집 및 분해를 최소화 하는 장점이 있다.

특히, 실내에 미세입자(A)가 많은 경우에, 호흡기를 통해 인체 내부로 유입되어 다양한 악영향을 끼치는 바, 본 발명의 미세입자 수집 장치(1000)는 간단한 구성이며, 작은 용량의 공기순환펌프(500)를 이용해서도 용이하게 미세입자(A)를 수집할 수 있어 실내 미세입자(A)를 안정적으로 수집할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 미세입자(A) 수집 장치는 형태 그대로 수집할 수 있으며, 별도의 공정 없이 미세입자(A)가 분산된 물을 직접 다른 분석 장치에 도입, 이용하여 입자 크기 및 성분 분석을 위한 장치에 그대로 이용할 수 있어, 미세입자(A) 수집 및 수집 이후에 진행되는 분석 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

특히, 용매(S) 내부에 포함된 입자의 크기를 분석하기 위해 장-흐름 분획법(FFF, Filed-Flow Fractionation)(미세입자(A) 의 크기 별 분리 연구에는 AsFlFFF, Asymmetrical Filed-Flow Fractionation)이 이용되는 경우에 입자를 크기 별로 분리하기 위해서는 용액 상태의 용매(S)에 입자가 고르게 분포되어 있는 것이 바람직한데, 본 발명의 미세입자(A) 수집 장치를 이용하여 수집된 미세입자(A)는 용매(S)에 분산되어 존재하므로, 별도의 용해, 분산 공정이 필요치 않으며, 미세입자(A)가 수집된 용매(S)를 그대로 입자의 분리 및 분석에 이용할 수 있다.

본 발명의 미세입자(A) 수집 장치를 통해 수집된 미세입자(A)를 포함하는 용매(S)는 상기 비대칭 장-흐름 분획법 뿐만 아니라 입자 성분 분석을 위한 다양한 시료로서 이용될 수 있다.

본 발명의 미세입자(A) 수집 장치에 이용되는 용매(S)는 부패되지 않도록 처 리한 증류수가 이용될 수 있으며, 이 후 미세입자(A)가 수집된 용매(S)가 수행되는 분석 장치, 및 방법 등에 따라 상기 용매(S)는 실험 목적에 따라 선택 할 수 있다.

아울러, 본 발명의 미세입자(A) 수집 장치는 상기 본체(100)의 제2몸체(120)에 상기 전자기형성부(300)의 고정 높이를 조절하는 높이조절부(122)가 더 형성될 수 있다.

상기 높이조절부(122)는 상기 금속판(200)과 전자기형성부(300) 사이의 간격을 조절하여 형성되는 전자기 정도를 조절할 수 있도록 하는 것으로서, 도 2에서는 상기 제2몸체(120)의 상측에 일정 홈이 형성되는 고정부(123) 및 상기 고정부(123)에 대응되어 체결되는 체결부(124)가 형성되고, 상기 전자기형성부(300)에 높이방향으로 중공된 중공부(310)가 형성되어, 상기 전자기 형성부의 중공부(310)에 상기 체결부(124)가 관통되도록 하여 고정됨으로써 높이가 조절되도록 한 예를 도시하였다.

상기 높이형성부는 상술한 예 외에도 상기 전자기형성부(300)의 고정 높이를 조절할 수 있는 다양한 형태로 변형 실시될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 미세입자 수집 장치(1000)를 통해 수집된 미세입자(A)가 포함된 용매(S)의 입자 크기의 분석 결과를 나타낸 도면으로, 실내에서 증류수 50 ml를 용매저장부(111)에 구비하고, 바닥으로부터 상기 제1몸체(110)의 바닥까지의 높이가 1.5m 이며, 공기 유량 5ml/min이고, 3일 동안 수집한 미세입자(A) 가 포함된 용매(S)를 Dynamic Light Scattering (DLS)을 이용하여 분석한 결과이다. 또한 용매와 같이 분석기기 및 목적에 맞게 실험 조건은 선택 할 수 있다.

상기 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 미세입자 수집 장치(1000)를 통해 수집된 미세입자(A)의 입자 크기는 10 nm~1μm 의 입자가 분포된 것으로서 분자 상태의 큰 입자가 아닌 미세입자(A)가 효율적으로 수집됨을 확인할 수 있다.

도 6은 상기 도 5의 DLS에 도입되어 분석되어진 동일한 미세입자(A)를 비대칭 흐름 장-흐름 분획법를 통한 입자의 크기 분포 결과로서 미세입자 수집 장치 (1000)를 통해 수집된 미세입자(A)의 입자가 실험에 적합하다는 것을 확인 할 수 있다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 만족하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 내지 3은 본 발명에 따른 미세입자 수집 장치의 사시도, 분해사시도, 및 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 미세입자 수집 장치의 작동 상태를 나타낸 개략도.

도 5는 본 발명에 따른 미세입자 수집 장치를 통해 수집된 미세입자가 포함된 용매의 입자 크기의 분석 결과를 나타낸 도면.(DLS)

도 6은 본 발명에 따른 미세입자 수집 장치를 통해 수집된 미세입자가 포함된 용매의 입자 크기 분포 결과를 나타낸 도면.(비대칭 흐름 장-흐름 분획법)

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1000 : 미세입자 수집 장치

100 : 본체

110 : 제1몸체 111 : 용매저장부

120 : 제2몸체 121 : 공기통로

122 : 높이조절부 123 : 고정부

124 : 체결부

200 : 금속판

300 : 전자기형성부 310 : 중공부

400 : 전원공급부

500 : 공기순환펌프 510 : 연결라인

S : 용매

A : 미세입자

Claims (5)

1. 내부에 용매(S)가 저장되는 용매저장부(111)가 형성되는 제1몸체(110)와, 상기 제1몸체(110)의 상부에 구비되되, 길이방향으로 공기가 관통되도록 길게 중공된 공기통로(121)를 형성하는 제2몸체(120)를 포함하는 본체(100);

   상기 본체(100)의 용매저장부(111) 내부에 구비되는 금속판(200);

   상기 본체(100) 내부의 공기통로(121) 상측에 구비되는 전자기형성부(300);

   상기 전자기형성부(300) 및 금속판(200)에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부(400); 및

   상기 공기통로(121)에 연결라인(510)을 통해 연결되어 공기를 흡입하는 공기순환펌프(500); 를 포함하여 형성되는 미세입자 수집 장치(1000).
2. 제1항에 있어서,

   상기 미세입자 수집 장치(1000)는 상기 공기통로(121)를 통해 공급된 공기 내부에 포함된 미세입자(A)가 상기 용매(S)에 용해되어 수집되는 것을 특징으로 하는 미세입자 수집 장치(1000).
3. 제2항에 있어서,

   상기 미세입자 수집 장치(1000)는 상기 본체(100)의 상기 제2몸체(120)에 상기 전자기형성부(300)의 고정 높이를 조절하는 높이조절부(122)가 형성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 수집 장치(1000).
4. 제1항에 있어서,

   상기 용매(S)는 증류수인 것을 특징으로 하는 미세입자 수집 장치(1000).
5. 제1항에 있어서,

   상기 금속판(200)은 알루미늄 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 수집 장치(1000).

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