KR101105322B1 - 에어로졸상 입자 발생장치, 발생방법 및 이를 이용한 에어로졸상 입자의 검출시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동적으로 에어로졸상 입자의 농도특성을 제어할 수 있으며, 에어로졸상 입자를 연속적으로 발생시킬 수 있는 에어로졸상 입자 발생장치, 발생방법 및 이를 이용한 에어로졸상 입자의 검출시스템에 관한 것이다. 이를 달성하기 위한 수단으로 본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생장치는 프레임; 프레임에 의해 지지되고, 상단에 에어로졸상 입자 배출구가 형성된 원통형상의 챔버; 챔버의 측면을 관통하여 챔버 내부로 인입되고, 인입된 부분에 오리피스가 형성되어 에어제트를 분사하는 공기유입관; 공기유입관에 연결되어 공기를 공급하는 입력부; 챔버의 내부 하측에 설치되고, 상면에 재료가 놓이는 회전부; 및 회전부의 하측에 위치하여 회전부를 회전시키는 모터를 포함을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 의하면 에어제트의 유량제어 및 회전속도제어가 가능하여 능동적인 에어로졸상 입자의 농도조절이 가능하고, 장시간의 균일한 입자의 발생이 가능한 이점이 있다.

에어로졸, 입자, 발생장치, 부유, 에어제트

Description

에어로졸상 입자 발생장치, 발생방법 및 이를 이용한 에어로졸상 입자의 검출시스템{Generator and generating method of particles with aerosol phase and detecting system used thereof}

본 발명은 에어로졸상 입자 발생장치, 발생방법 및 이를 이용한 에어로졸상 입자의 검출시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 능동적으로 에어로졸상 입자의 농도특성을 제어할 수 있으며, 에어로졸상 입자를 연속적으로 발생시킬 수 있는 에어로졸상 입자 발생장치, 발생방법 및 이를 이용한 에어로졸상 입자의 검출시스템에 관한 것이다.

나노 및 서브 마이크론 크기를 갖는 에어로졸상 입자(Particles with aerosol phase)의 부유특성 연구는 재료 및 소재분야에서부터 환경, 의료, 식품에 이르기까지 다양한 분야에서 이에 대한 광범위한 필요성이 증대되고 있다. 특히, 다양한 재료표면상에 분포하고 있는 입자상 물질에 대한 에어로졸상 입자 발생장치는 에어로졸상 입자의 생성, 모니터링 및 샘플링기술에서 핵심적인 비중을 차지하 고 있다. 또한, 기판 불순물특성 평가 연구, 환경영향 평가 연구, 흡입 독성 및 항균특성 평가 연구, 다양한 재료에 대한 부유입자농도 분포 및 성분분석시스템 연구 등에 이용되고 있다. 이에 따라 다양한 에어로졸상 입자 발생장치에 대한 기술표준화작업이 경쟁적으로 이루어지고 있는 실정이다.

종래기술에 따른 에어로졸상 입자 발생장치는 크게 두 가지 방식이 사용되고 있다. 먼저, 한국등록특허 제10-0122874호(에어로졸 생성용 노즐장치)는 에어로졸 생성을 위해 에어로졸 재료를 에어제트와 함께 직접 분사시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방식은 재료표면상에 분포하는 입자상 물질을 에어로졸화하는데 적용될 수 없는 문제점이 있다.

다른 하나의 방식은 재료표면에 위치하고 있는 입자상 물질에 에어제트를 분사함으로써 입자가 공기 중으로 부유하는 원리를 이용한다. 이러한 입자의 부유특성은 입자의 물리적인 특징과 표면재료와의 접착력 등에 따라 달라지게 되고, 재료의 상태에 대해서도 크게 영향을 받게 된다. 에어제트에 의한 입자의 에어로졸화는 대상 입자상 물질을 공기 중에 부유시키는 공정의 일부로서 응용되기도 하며, 환경 재료에 대한 표면분석을 위한 재료 샘플링 및 모니터링에 대한 연구과정에서 사용되기도 한다. 또한, 바이오 입자를 부유시키기 위한 용도로서 곰팡이 바이오에어로졸을 발생시키고, 이에 대한 항균특성 연구를 수행하기 위해 사용되기도 한다. 이러한 입자상 물질의 부유특성을 이용하는 에어로졸상 입자 발생장치는 일정한 내부공간을 갖는 챔버에 재료를 위치시켜 해당 재료표면 전체에 에어제트를 직접 분사하는 방식을 갖는다. 이로부터 재료표면 전체영역에서 입자상 물질의 부유 를 야기시키게 된다. 따라서 종래의 에어로졸상 입자 발생장치는 매우 짧은 시간 동안 해당영역에서의 입자상 물질을 포집하는 용도로만 사용되어왔다.

그러나, 상술된 종래의 에어로졸상 입자 발생장치들은 많은 문제점을 가지고 있다. 에어로졸상 입자 발생장치의 가장 중요한 두 가지 특성 중 첫 번째는 “에어로졸상 입자의 농도 조절특성”을 들 수 있다. 종래의 기술은 오직 제어할 수 있는 부분이 에어제트의 유량밖에 없기 때문에, 외부적으로 재료에 진동소자를 이용하여 입자상 물질을 털어내는 기술 등을 응용하여 입자상 물질의 부유효율을 높이는 연구가 시도되기도 하였다. 그러나 이러한 시도는 재료의 다양성과 입자상 물질의 물리적 특성을 극복할 수 없으며, 능동적인 에어로졸상 입자의 농도조절에 한계가 있다. 두 번째 특성은 “에어로졸상 입자의 연속적인 발생특성”이다. 즉, 에어로졸상 입자 발생장치는 장시간의 안정적인 입자 발생이 가능하여야 한다. 종래기술이 제시한 방법들은 초기의 에어제트 분사단계에서 재료표면에 존재하고 있는 대부분의 입자상 물질들이 부유되고, 이에 따라 에어로졸상 입자 농도가 급격히 감소되는 특성을 나타낸다. 실예로 곰팡이 배지 위에서 종래의 에어로졸상 입자 발생장치를 이용할 경우 약 20초 내에 입자상 물질이 모두 부유하고 그 후로는 거의 입자들이 발생하지 않는다.

이와 같이 종래의 에어로졸상 입자 발생장치는 에어로졸상 입자의 발생이 매우 짧은 시간에 이루어지고, 또한 에어로졸상 입자의 농도제어가 불가능하다는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 능동적으로 에어로졸상 입자의 농도특성을 제어할 수 있으며, 에어로졸상 입자를 연속적으로 장시간동안 발생시킬 수 있는 에어로졸상 입자 발생장치, 발생방법 및 이를 이용한 에어로졸상 입자의 검출시스템을 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생장치는, 재료에 공기를 분사하여 입자상 물질을 부유시키는 에어로졸상 입자 발생장치에 있어서 프레임; 프레임에 의해 지지되고, 상단에 에어로졸상 입자 배출구가 형성된 원통형상의 챔버; 챔버의 측면을 관통하여 챔버 내부로 인입되고, 인입된 부분에 오리피스가 형성되어 에어제트를 분사하는 공기유입관; 공기유입관에 연결되어 공기를 공급하는 입력부; 챔버의 내부 하측에 설치되고, 상면에 재료가 놓이는 회전부; 및 회전부의 하측에 위치하여 상기 회전부를 회전시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생장치에 있어서, 챔버는 상부와 하부가 각각 덮개와 본체로 분리가능하게 구성된다. 이때, 덮개는 상단이 고깔형상으로 테이퍼지고, 상단부 중앙에 에어로졸상 입자 배출구가 형성된다.

또한, 본 발명에 따른 입자 발생장치에 있어서, 공기유입관은 일정한 크기를 갖는 오리피스가 일정간격으로 복수개가 형성된다. 이때, 공기유입관은 덮개의 양측면을 관통하고, 공기유입관의 양단은 서로 연통되어 입력부와 연결될 수 있다. 한편으로 공기유입관은 덮개의 일측면을 관통하고, 공기유입관의 말단이 챔버의 중앙에 위치하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 입자 발생장치에 있어서, 입력부는 공기를 공급하는 에어탱크, 에어탱크에서 공급하는 공기의 유량을 제어하는 유량제어기 및 에어탱크와 유량제어기 사이에 설치되어 공기를 정화하는 제1필터로 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 입자 발생장치에 있어서, 회전부는 원형판 형상을 갖는 회전판, 회전판의 하면 중앙에 수직으로 형성된 회전축 및 회전판 상면에 놓여 재료를 담는 접시형상의 재료판으로 구성된다. 이때, 회전판과 본체 사이에 형성되는 시일을 더 구비할 수 있다. 그리고, 시일은 회전판 또는 본체에 형성되게 된다.

또한, 본 발명에 따른 입자 발생장치에 있어서, 모터는 프레임의 일측에 회전부의 회전속도를 제어하는 회전속도제어기를 구비한다.

그리고, 본 발명에 따른 에어로졸상 입자의 부유특성 검출시스템은 위에서 설명한 에어로졸상 입자 발생장치; 일측이 에어로졸상 입자 배출구와 연결되는 샘플링챔버; 및 샘플링챔버에 연결되어 에어로졸상 입자의 부유특성을 검출하는 검출장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 에어로졸상 입자의 부유특성 검출시스템에 있어서, 검 출장치는 입자계수기를 포함한다. 이때, 검출장치는 일정크기 이상의 에어로졸상 입자를 입자계수기에 공급하는 컷오프 임팩터를 더 구비할 수 있다. 그리고, 검출장치는 입자크기 분포 분석기를 포함할 수 있다. 나아가, 샘플링챔버의 타측과 연결되는 제2필터를 더 구비할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생방법은 재료에 공기를 분사하여 입자상 물질을 부유시키는 에어로졸상 입자 발생방법에 있어서, 챔버 내부의 하측에 위치하는 회전부에 재료가 담긴 재료판을 배치하는 단계; 회전부의 속도를 제어하여 일정한 속도로 회전시키는 단계; 에어탱크에서 공급되는 공기의 유량을 제어하여 일정한 유량의 에어제트를 재료표면에 분사하는 단계; 재료표면의 입자상 물질이 부유되어 에어로졸상 입자가 발생되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생방법은 에어로졸상 입자가 발생되는 단계 이후에 상기 에어로졸상 입자를 포집하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그리고, 에어로졸상 입자가 발생되는 단계 이후에 검출장치를 이용하여 에어로졸상 입자의 부유특성을 검출하는 단계를 더 포함하는 것도 가능하다.

이상과 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생장치 및 발생방법은 에어제트의 유량제어 및 회전속도제어가 가능하여 능동적인 에어로졸상 입 자의 농도조절이 가능하고, 장시간 동안 에어로졸상 입자의 발생이 가능하다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 에어로졸상 입자의 검출시스템은 효율적이고 안정적인 방법으로 재료표면에서 부유되는 에어로졸상 입자의 농도를 제어할 수 있고, 이를 이용하여 다양한 입자상 물질의 부유특성 검출 및 모니터링 등 여러 응용방법을 제시할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.

먼저, 본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생장치에 대하여 살펴본다. 참고로 제1실시예와 제2실시예는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 공기유입관(300, 300")의 형상과 작용에 있어서 차이가 있을 뿐, 나머지 구성들은 동일한 작용을 갖으므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

[제1실시예]

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 에어로졸 입자 발생장치의 주요부를 도시한 부분단면사시도이고, 도 2는 도 1의 분리된 덮개를 아래에서 바라본 사시도이 고, 도 3는 본 발명에 따른 에어로졸 입자 발생장치의 개략적인 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 에어로졸상 입자 발생장치(1)는 크게 프레임(100), 챔버(200), 공기유입관(300), 입력부(400), 회전부(500), 모터(600)로 구성된다.

프레임(100)은 챔버(200)를 지지하고, 회전부(500)의 회전속도를 제어하는 회전속도제어기(610)가 일측에 설치된다.

챔버(200)는 원통형상을 갖고, 프레임(100)에 의해 지지된다. 그리고 상단에는 에어로졸상 입자 배출구(222)가 형성되어 있다. 이때, 챔버(200)는 하부의 본체(210)와 상부의 덮개(220)로 구성되고, 덮개(220)를 본체(210)로부터 분리가능하게 설계할 수 있다. 챔버(200)의 덮개(220)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 에어로졸상 입자의 흐름을 원활하게 하기 위해 상단부가 고깔형상으로 테이퍼지고, 상단부 중앙에 에어로졸상 입자 배출구(222)가 형성된다. 그리고, 에어로졸상 입자의 원활한 배출을 위해 배출구(222)와 인접하여 단차(224)가 형성된다. 챔버(200)는 본체(210)가 프레임(100)에 고정설치되어 지지된다.

공기유입관(300)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 파이프형상을 갖고, 챔버(200)의 측면을 관통하여 챔버(200) 내부로 인입된다. 그리고, 공기유입관(300)은 챔버(200) 내부에 인입된 부분의 하측에는 공기유입관(300)을 통해 공급되는 공기가 에어제트로 분사되는 복수의 오리피스(310)가 형성된다. 이때 오리피스(310)는 일정크기를 갖고, 서로 일정간격을 둔다. 본 발명의 실시예에 의하면 오리피스(310)는 직경이 대략 1mm이고, 간격은 약 8mm ~ 9mm이다. 그리고, 공기유 입관(300)은 녹이 생성되는 것을 방지하기 위해 스테인레스 강재를 사용한다.

본 발명의 제1실시예에 의한 공기유입관(300)은 챔버의 덮개(220)의 양측면을 관통한다. 따라서, 공기유입관(300)은 챔버(200) 내부에 인입된 부분이 챔버(200) 내부공간의 직경길이를 갖게 된다. 그리고, 공기유입관(300)의 양단은 서로 연통되고, 입력부(400)로부터 공기가 유입되는 공기유입측(320)에서 연결된다. 그리고, 공기유입측(320)은 도 4에 도시된 바와 같이 공기를 공급하는 입력부(400)와 연결되게 된다.

입력부(400)는 도 4에 도시된 바와 같이 공기유입관(300)에 연결되어 공기를 공급하게 된다. 입력부(400)는 에어탱크(410), 유량제어기(420) 및 제1필터(430)로 구성된다. 에어탱크(410)는 공기를 저장하여 공급하고, 유량제어기(420)는 에어탱크(410)에서 공급하는 공기의 유량을 제어하게 된다. 그리고, 제1필터(430)는 에어탱크(410)와 유량제어기(420) 사이에 설치되어 공기를 정화하는 작용을 한다.

회전부(500)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 챔버(200)의 내부 하측에 설치된다. 이때 회전부(500)는 회전판(510), 회전축(520) 및 재료판(530)으로 구성된다. 회전판(520)은 원형판 형상을 갖고, 회전축(520)은 회전판(520)의 하면 중앙에 수직으로 형성되게 된다. 그리고, 재료판(530)은 접시형상을 갖고, 표면에 입자상 물질을 갖고 있는 재료(532)를 담게 된다. 회전부(500)의 회전축(520)은 챔버(200)의 본체(210)의 하면을 관통하여 회전가능하게 설치된다.

모터(600)는 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 회전부(500)의 하측에 위치하여 회전부(500)를 회전시키게 된다. 이때 모터(600)는 도 1에 도시된 바와 같이 프레임(100)의 일측에 설치되는 회전속도제어기(610)를 구비하여 회전부(500)의 회전속도를 제어할 수 있다. 이때, 모터(600)는 회전부(500)가 약 300초 이하의 회전주기를 갖도록 스테핑모터와 같은 서보모터를 사용하는 것이 바람직하다.

시일(700)은 도 3에 도시된 바와 같이 회전판(510)과 챔버의 본체(210) 사이에 형성된다. 즉, 시일(700)은 회전판(510)과 본체(210) 사이를 밀폐하여 에어로졸상 입자가 본체(210)측으로 확산되는 것을 방지한다. 이때, 시일(700)은 회전판(510) 또는 본체(210)에 형성될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 에어로졸상 입자 발생장치(1)의 작동을 설명하기로 한다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 에어로졸상 입자를 발생시키기 위해 챔버(200)의 덮개(220)를 열고, 표면에 입자상 물질을 갖고 있는 재료(532)가 담긴재료판(530)을 회전부(500)의 회전판(510)에 위치시킨다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 에어로졸상 입자 발생장치(10)는 입력부(400)에서 공기를 공급받게 된다. 즉, 에어탱크(410)에 저장된 공기는 제1필터(430)를 거치고, 유량제어기(420)에 의해 공기의 유량이 제어된다. 이때, 제1필터(430)는 에어탱크(410)에서 공급되는 공기를 정화하여 에어로졸상 입자의 발생시 불순물이 생성되는 것을 방지하는 역할을 한다.

유량제어기(420)에 의하여 일정한 유량의 공기가 도 1에 도시된 화살표방향으로 공기유입관(300)의 공기 유입측(320)을 거쳐 공기유입관(300)으로 유입된다. 그리고, 공기유입관(300)에 유입된 공기는 챔버(200) 내부에 형성된 복수의 오리피스(310)를 통하여 분사되고, 에어제트를 형성하게 된다. 분사된 에어제트는 재료(532)표면의 입자상 물질을 부유시키고, 이로써 에어로졸상 입자가 발생되는 것이다. 발생된 에어로졸상 입자는 상승하여 덮개(220) 상단부 중앙에 형성된 에어로졸상 입자 배출구(222)를 통하여 배출되게 된다. 이때, 에어로졸상 입자 배출구(222)를 통하여 배출되는 에어로졸상 입자는 다양한 종류의 검출장치를 통하여 농도, 입자크기, 질량, 성분 등의 부유특성이 검출될 수 있다. 또한, 에어로졸상 입자는 포집되어서 성분분석 등의 용도로 샘플링될 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따르면, 상술된 바와 같이 에어로졸상 입자의 발생시 회전부(500)의 회전속도를 제어할 수 있으며, 유량제어기(420)로 분사되는 공기의 유량을 제어할 수 있다.

도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어로졸 입자 발생장치(1)의 회전속도 변화에 따른 A.versicolor 곰팡이 입자의 농도특성을 나타내는 그래프이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 공기의 유량을 45Lpm(liter per minute)으로 일정하게 유지시킨 상태에서 회전부(500)의 회전주기를 75초, 125초, 및 367초로 회전속도의 변화를 주어 부유된 곰팡이 입자의 농도를 실시간으로 측정하였다. 회전부(500)의 회전주기가 짧아짐에 따라, 즉 회전속도가 증가함에 따라 입자상 물질이 부유되는 표면적이 증가하게 된다. 따라서, 회전부(500)의 회전속도가 증가함에 따라 에어로졸상 입자의 농도가 커짐을 알 수 있다.

도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어로졸 입자 발생장치(1)의 공기유량 변화에 따른 A.versicolor 곰팡이 입자의 농도특성을 나타내는 그래프이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 회전부(500)의 회전주기를 75초로 일정하게 유지시킨 상태에서 유입되는 공기의 유량을 45Lpm, 35Lpm, 25Lpm으로 변화를 주어 실시간으로 측정하였다. 강한 에어제트는 입자상 물질의 부유를 촉진하기 때문에 유량이 증가할수록 에어로졸상 입자의 농도가 커짐을 알 수 있다. 그러나 시간에 따른 에어로졸상 입자의 농도는 상대적으로 빠른 감소세를 나타내고 있다.

이와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 에어로졸상 입자 발생장치(1)는 회전부(500)의 회전속도와 유입되는 공기의 유량을 제어할 수 있어, 시간에 따른 에어로졸상 입자들의 농도특성을 능동적으로 제어할 수 있게 된다. 또한, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 10분 이상의 장시간으로 에어로졸상 입자의 발생이 가능하다는 것을 알수 있다.

따라서, 본 발명의 제1실시예에 의하면 종래의 에어로졸상 입자 발생장치가 갖고 있었던 매우 짧은 에어로졸상 입자의 발생특성 및 제어가 불가능한 에어로졸상 입자의 농도특성을 개선할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이를 이용하여 기판 불순물특성 평가 연구, 환경영향 평가 연구, 흡입 독성 및 항균특성 평가 연구, 다양한 재료에 대한 부유입자농도 분포 및 성분분석시스템 연구 등으로 다양하게 활용될 수 있다.

[제2실시예]

도 3는 본 발명에 따른 에어로졸 입자 발생장치의 개략적인 단면도이다.

제2실시예에 따른 공기유입관(300")은 도 3에 도시된 바와 같이 챔버의 덮개(220)의 일측면만을 관통한다. 그리고, 공기유입관(300")의 말단은 챔버(200)의 중앙에 위치하게 된다. 따라서, 공기유입관(300")은 챔버(200) 내부에 인입된 부분이 챔버(200) 내부공간의 반경길이를 갖게 된다. 따라서 공기유입관(300")의 오리피스(310)에서 분사되는 에어제트는 재료판(530)에 담긴 재료(532)의 반경부분에 위치하는 입자상 물질만을 부유시키게 된다. 결국, 재료(532)표면의 입자상 물질의 국부적인 부유가 가능하고, 회전부(500)가 느린 속도로 회전함에 따라 재료(532)표면 전체의 입자상 물질을 부유시키게 된다.

상술된 바와 같은 본 발명의 제2실시예를 응용하여 재료표면에 분포하고 있는 입자상 물질을 모니터링 할 수 있다. 도 7a는 본 발명의 제2실시예에 따른 에어로졸 입자 발생장치를 사용하여 C.cladosporioides 곰팡이를 모니터링 한 일례를 나타내는 그래프이고, 도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 에어로졸 입자 발생장치를 사용하여 C.cladosporioides 곰팡이를 모니터링 한 다른 예를 나타내는 그래프이다.

도 7a는 일정한 각도로 간격을 두고 C.cladosporioides 곰팡이가 배열된 배지를 사용하여 에어로졸상 입자의 농도를 실시간으로 측정한 데이터이다. 도 7a의 그래프에서 보여주는 것처럼 일정간격을 두고 에어로졸상 입자의 농도가 변화한다는 것을 알수 있다. 또한, 도 7b는 같은 조건 하에서 성장시킨 C.cladosporioides 곰팡이 배지(A, B)들은 육안으로는 곰팡이 포자의 성장상태를 구분할 수 없다. 그러나 그래프의 측정데이터에 의하면 A배지는 곰팡이 포자가 균일하게 성장되었음을 알수 있고, B배지는 불균일하게 성장되었다는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 에어로졸상 입자 발생장치는 재료표면의 입자상 물질의 분포상태를 모니터링하는 곳에 이용할 수 있고, 나아가 재료표면의 입자상 물질의 분포특성 및 이의 분석연구까지 응용범위를 확장할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 에어로졸상 입자의 부유특성 검출시스템에 대하여 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 에어로졸상 입자의 부유특성 검출시스템은 크게 에어로졸상 입자 발생장치(10), 샘플링챔버(20) 및 검출장치로 구성된다. 에어로졸상 입자 발생장치(10)에 관해서는 위에서 상세히 설명하였으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

샘플링챔버(20)는 일측이 챔버(200)의 에어로졸상 입자 배출구(222)와 연결된다. 즉, 에어로졸상 입자 발생장치(10)에서 생성된 에어로졸상 입자는 에어로졸상 입자 배출구(222)를 통하여 샘플링챔버(20)에 모이게 된다.

검출장치는 샘플링챔버(20)에 연결되어 에어로졸상 입자의 농도, 입자크기, 질량, 성분 등의 부유특성을 검출하는 목적을 갖는다. 이러한 검출장치의 일례로 도 4의 상측 중앙에 입자계수기(condensation particle counter)(30)가 도시되어 있다. 입자계수기(30)는 에어로졸상 입자의 갯수를 측정하여 발생된 에어로졸상 입자의 농도특성을 출력한다.

검출장치의 다른 예로 도 4의 우측 상단에 입자계수기(30)와 컷오프 임팩 터(cutoff impacter)(40)가 도시되어 있다. 컷오프 임팩터(40)는 일정크기 이하의 입자상 물질을 걸러내는 역할을 한다. 따라서, 측정하고자 하는 크기의 에어로졸상 입자의 농도만을 입자계수기(30)로 측정할 수 있다. 이로써 에어로졸상 입자의 정밀한 농도특성을 검출할 수 있게 된다.

검출장치의 또 다른 예로 도 4의 우측 하단에 입자크기 분배 분석기(particle size distribution analyzer)(50)가 도시되어 있다. 입자크기 분배 분석기(50)는 다양한 크기를 갖는 에어로졸상 입자들의 분포상태를 측정 및 출력할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 에어로졸상 입자의 부유특성 검출시스템은 도 4에 도시된 바와 같이 샘플링챔버(20)의 타측에 연결되는 제2필터(60)를 더 구비할 수 있다. 제2필터(60)는 샘플링챔버(20)의 타측에 연결되어 에어로졸상 입자를 걸러내는 환기장치역할을 하게 된다.

본 발명에 따른 에어로졸상 입자의 부유특성 검출시스템은 위에서 에어로졸상 입자의 농도특성 및 입자크기 분배특성을 검출하는 검출장치에 대해서 설명하였지만, 에어로졸상 입자의 부유특성을 검출할 수 있는 다른 종류의 검출장치가 설치되는 것도 가능하다.

이와 같이 본 발명에 따른 에어로졸상 입자의 검출시스템은 효율적이고 안정적인 방법으로 재료표면에서 부유되는 에어로졸상 입자의 농도를 제어할 수 있고, 이를 이용하여 다양한 입자상 물질의 부유특성 검출 및 모니터링 등 여러 응용방법을 제시할 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생방법에 대하여 살펴보기로 한다. 참고로 본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생방법은 앞서 설명한 에어로졸상 입자 발생장치(10)를 이용하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생방법은 재료판 배치단계(S100), 회전부의 속도를 제어하여 일정한 회전시키는 단계(S200), 공기유량을 제어하여 일정한 유량의 에어제트를 재료표면에 분사하는 단계(S300), 에어로졸상 입자 발생단계(S400)를 거치게 된다.

재료판 배치단계(S100)는 덮개(220)를 본체(210)로부터 분리하고, 챔버(200) 내부의 하측에 위치하는 회전부(500)에 재료(532)가 담긴 재료판(530)을 배치한다. 이후, 분리된 덮개(220)를 본체(210)에 결합시키게 된다.

회전부의 속도를 제어하여 일정한 회전시키는 단계(S200)는 프레임(100)의 일측에 설치된 회전속도제어기(610)를 조절하여 소정의 속도로 회전부(500)를 일정하게 회전시키게 된다.

공기유량을 제어하여 일정한 유량의 에어제트를 재료표면에 분사하는 단계(S300)는 에어탱크(410)에서 공급되는 공기의 유량을 유량제어기(420)로 조절하여 소정의 유량으로 공기유입관(300, 300")에 일정하게 공급한다. 이에 따라 공기유입관(300, 300")에 형성된 복수의 오리피스(310)를 통하여 재료(532)표면에 일정한 유량의 에어제트를 분사하게 된다.

에어로졸상 입자 발생단계(S400)는 에어제트에 의하여 재료(532)표면의 입자 상 물질이 부유되고, 이에 따라 에어로졸상 입자가 발생하는 단계이다.

상술된 본 발명의 에어로졸상 입자 발생방법에 의하면 회전부(500)의 속도와 에어제트의 세기를 제어할 수 있다. 이에 따라 에어로졸상 입자의 농도특성을 자유자재로 변화시킬 수 있고, 장시간 동안 에어로졸상 입자의 발생이 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생방법은 에어로졸상 입자 발생단계(S400) 이후에 에어로졸상 입자를 포집하는 단계(미도시)가 더 포함될 수 있다. 이에 의하면 다양한 농도특성을 갖는 에어로졸상 입자를 포집하여 성분분석 등 다양한 용도로 이용함으로써 샘플링기술에 활용가능하다.

또한, 본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생방법은 에어로졸상 입자 발생단계(S400) 이후에 검출장치를 이용하여 에어로졸상 입자의 부유특성을 검출하는 단계(미도시)를 더 포함될 수 있다. 검출장치는 입자계수기(30), 컷오프 임팩터(40) 또는 입자크기 분포 분석기(50) 등을 사용하여 입자의 농도, 입자크기, 질량, 성분 등의 부유특성을 검출하게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 에어로졸상 입자 발생방법은 재료표면의 입자상 물질을 모니터링하는 곳에 이를 이용할 수 있고, 나아가 재료표면의 입자상 물질의 분포에 대한 특성 및 분석연구까지 그 응용범위를 확장할 수 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 에어로졸 입자 발생장치의 주요부를 도시한 부분단면사시도.

도 2는 도 1의 분리된 덮개를 아래에서 바라본 사시도.

도 3는 본 발명에 따른 에어로졸 입자 발생장치의 개략적인 단면도.

도 4는 본 발명의 에어로졸 입자 발생장치를 적용한 에어로졸 입자의 부유특성 검출시스템을 나타내는 개략도.

도 5는 본 발명의 에어로졸 입자 발생방법을 설명하기 위한 블럭도.

도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어로졸 입자 발생장치의 회전속도 변화에 따른 A.versicolor 곰팡이 입자의 농도특성을 나타내는 그래프.

도 6b는 본 발명의 제1실시예에 따른 에어로졸 입자 발생장치의 공기유량 변화에 따른 A.versicolor 곰팡이 입자의 농도특성을 나타내는 그래프.

도 7a는 본 발명의 제2실시예에 따른 에어로졸 입자 발생장치를 사용하여 C.cladosporioides 곰팡이를 모니터링 한 일례를 나타내는 그래프.

도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 에어로졸 입자 발생장치를 사용하여 C.cladosporioides 곰팡이를 모니터링 한 다른 예를 나타내는 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 에어로졸상 입자 발생장치 20 : 샘플링챔버

30 : 입자계수기 40 : 컷오프 임팩터

50 : 입자크기 분포 분석기 60 : 제2필터

100 : 프레임 200 : 챔버

210 : 본체 220 : 덮개

222 : 에어로졸상 입자 배출구 224 : 단차

300, 300" : 공기유입관 310 : 오리피스

320, 320" : 공기유입측 400 : 입력부

410 : 에어탱크 420 : 유량제어기

430 : 제1필터 500 : 회전부

510 : 회전판 520 : 회전축

530 : 재료판 532 : 재료

600 : 모터 610 : 회전속도제어기

700 : 시일 800 : 재료

Claims (19)

1. 재료에 공기를 분사하여 입자상 물질을 부유시키는 에어로졸상 입자 발생장치에 있어서,

   프레임;

   상기 프레임에 의해 지지되고, 상단에 에어로졸상 입자 배출구가 형성된 원통형상의 챔버;

   상기 챔버의 측면을 관통하여 상기 챔버 내부로 인입되고, 상기 인입된 부분에 오리피스가 형성되어 에어제트를 분사하는 공기유입관;

   상기 공기유입관에 연결되어 공기를 공급하는 입력부;

   상기 챔버의 내부 하측에 설치되고, 상면에 재료가 놓이는 회전부; 및

   상기 회전부의 하측에 위치하여 상기 회전부를 회전시키는 모터를 포함하고,

   상기 공기유입관은 일정한 크기를 갖는 오리피스가 일정간격으로 복수개가 형성된 것이고,

   상기 입력부는 공기를 공급하는 에어탱크, 상기 에어탱크에서 공급하는 공기의 유량을 제어하는 유량제어기 및 상기 에어탱크와 상기 유량제어기 사이에 설치되어 공기를 정화하는 제1필터로 구성되며,

   상기 회전부는 원형판 형상을 갖는 회전판, 상기 회전판의 하면 중앙에 수직으로 형성된 회전축 및 상기 회전판 상면에 놓여 재료를 담는 접시형상의 재료판으로 구성되고,

   상기 회전판과 상기 본체 사이에 형성되는 시일을 더 구비하며,

   상기 시일은 상기 회전판 또는 상기 본체에 형성되고,

   상기 모터는 상기 프레임의 일측에 상기 회전부의 회전속도를 제어하는 회전속도제어기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자 발생장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 챔버는 상부와 하부가 각각 덮개와 본체로 분리가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자 발생장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 덮개는 상단이 고깔형상으로 테이퍼지고, 상단부 중앙에 에어로졸상 입자 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자 발생장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 공기유입관은 상기 덮개의 양측면을 관통하고, 상기 공기유입관의 양단은 서로 연통되어 상기 입력부와 연결되는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자 발생장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 공기유입관은 상기 덮개의 일측면을 관통하고, 상기 공기유입관의 말단이 상기 챔버의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자 발생장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 하나의 에어로졸상 입자 발생장치;

    일측이 상기 에어로졸상 입자 배출구와 연결되는 샘플링챔버; 및

    상기 샘플링챔버에 연결되어 상기 에어로졸상 입자의 부유특성을 검출하는 검출장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자의 부유특성 검출시스템.
13. 제12항에 있어서,

    상기 검출장치는 입자계수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자의 부유특성 검출시스템.
14. 제13항에 있어서,

    상기 검출장치는 일정크기 이상의 에어로졸상 입자를 상기 입자계수기에 공급하는 컷오프 임팩터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자의 부유특성 검출시스템.
15. 제12항에 있어서,

    상기 검출장치는 입자크기 분포 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자의 부유특성 검출시스템.
16. 제12항에 있어서,

    상기 샘플링챔버의 타측과 연결되는 제2필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자의 부유특성 검출시스템.
17. 제 1항의 에어로졸상 입자 발생장치를 사용하여 재료에 공기를 분사하여 입자상 물질을 부유시키는 에어로졸상 입자 발생방법에 있어서,

    챔버 내부의 하측에 위치하는 회전부에 재료가 담긴 재료판을 배치하는 단계;

    상기 회전부의 속도를 제어하여 일정한 속도로 회전시키는 단계;

    에어탱크에서 공급되는 공기의 유량을 제어하여 일정한 유량의 에어제트를 재료표면에 분사하는 단계; 및

    상기 재료표면의 입자상 물질이 부유되어 에어로졸상 입자가 발생되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자 발생방법.
18. 제17항에 있어서,

    상기 에어로졸상 입자가 발생되는 단계 이후에 상기 에어로졸상 입자를 포집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자 발생방법.
19. 제17항에 있어서,

    상기 에어로졸상 입자가 발생되는 단계 이후에 검출장치를 이용하여 상기 에어로졸상 입자의 부유특성을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸상 입자 발생방법.

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