KR101218748B1 - 하전 유닛을 구비한 나노입자 에어로졸 분사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하전 유닛을 구비한 나노입자 에어로졸 분사 장치에 관한 것으로, 에어로졸 발생기로부터 나노입자용액을 흡입하여 에어로졸화한 후 외부로 배출시키는 과정에서 에어로졸 입자를 하전시켜 에어로졸 입자에 대해 전기력에 의한 배출 흐름을 유도함으로써, 에어로졸 입자가 유동 과정에서 내부 유로의 벽면에 부착되지 않도록 하고, 또한, 탄소나노튜브와 같은 섬유상 나노 입자에 대한 에어로졸 입자를 배출하는 과정에서, 에어로졸 입자에 존재하는 전하에 의한 전기적 척력과 고온 공기 공급에 의한 물방울의 신속한 증발을 통해 섬유상 나노 입자가 계속 펼쳐진 상태로 유지될 수 있도록 함으로써, 탄소난노튜브와 같은 에어로졸 입자를 더욱 원활하게 공급 배출할 수 있으며, 이후 흡입 독성 평가 시험과 같은 나노 입자에 대한 다양한 시험을 더욱 정확하게 수행할 수 있도록 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치를 제공한다.

Description

하전 유닛을 구비한 나노입자 에어로졸 분사 장치{Apparatus for Spraying Aerosol of Nano-Particles with Electric Charge Unit}

본 발명은 하전 유닛을 구비한 나노입자 에어로졸 분사 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 에어로졸 발생기로부터 나노입자용액을 흡입하여 에어로졸화한 후 외부로 배출시키는 과정에서 에어로졸 입자를 하전시켜 에어로졸 입자에 대해 전기력에 의한 배출 흐름을 유도함으로써, 에어로졸 입자가 유동 과정에서 내부 유로의 벽면에 부착되지 않도록 하고, 또한, 탄소나노튜브와 같은 섬유상 나노 입자에 대한 에어로졸 입자를 배출하는 과정에서, 에어로졸 입자에 존재하는 전하에 의한 전기적 척력과 고온 공기 공급에 의한 물방울의 신속한 증발을 통해 섬유상 나노 입자가 계속 펼쳐진 상태로 유지될 수 있도록 함으로써, 탄소난노튜브와 같은 에어로졸 입자를 더욱 원활하게 공급 배출할 수 있으며, 이후 흡입 독성 평가 시험과 같은 나노 입자에 대한 다양한 시험을 더욱 정확하게 수행할 수 있도록 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치에 관한 것이다.

20세기가 마이크로로 대별되는 시대였다면 21세기는 나노 시대라 할 수 있는데, 나노기술은 그 응용분야에 따라 나노소재와 나노소자, 그리고 환경 및 생명공학 기반기술 등으로 크게 분류할 수 있다.

이러한 나노기술은 원자나 분자단위의 극미세 물질을 인위적으로 조작하여 새로운 성질과 기능을 갖는 물질이나 장치를 만드는 것으로, 이는 오늘날 정보기술(Information Technology : IT) 및 기타 생명공학기술(bio technology : BT)을 실현시키기 위한 하나의 최첨단 기술로 추앙받고 있는 실정이다.

하지만, 나노기술은 산업분야 전반에 걸쳐 새로운 기술혁명이라 인식될 정도로 많은 이로움과 유익함을 제공하는 것이기는 하나, 그 반면에 잠재적 위험성을 지니고 있는 것 또한 주지의 사실인 바, 이러한 잠재적 위험성은 바로 나노기술의 특성에 기인한다고 볼 수 있다.

즉, 작은 입자일수록 비표면적비는 넓어지고, 이와 같이 비표면적비가 넓어진 작은 입자는 생체조직과 반응시 독성이 증가하게 되는데, 그 일 예로서 이산화티타늄, 탄소분말, 디젤입자 등과 같은 몇 가지 나노입자는 크기가 줄어들수록 염증을 유발하는 등 독성이 강해진다는 것이 그동안의 학문적 실험을 통해 이미 밝혀진 사실이다. 또한, 초미세 나노입자는 기도나 점막에 걸러지지 않고 폐포 깊숙이 박히거나 뇌로 이동할 수도 있고, 더욱이 최근 여러 연구에 의하면 나노입자가 체내에 축적될 경우 질병이나 중추신경 장애를 일으킨다는 이론들이 보고되고 있다.

따라서, 최근에는 나노 기술의 발전과 함께 나노 기술에 대한 안정성 평가 또한 활발히 진행되고 있는데, 대표적으로 나노 입자가 인체에 흡입 축적되는 경우에 발생하는 독성에 대해 평가하는 나노 입자 흡입 독성 평가 시험이 다양한 실험 동물들을 상대로 연구되고 있다. 이러한 나노 입자 흡입 독성 평가 시험을 통해 얻어진 인체 유해성 자료들은 나노 섬유, 화장품, 반도체, 약물 전달체 등 산업 전반에 걸쳐 나노 입자에 대한 다양한 기초 자료로 활용되고 있다.

이러한 나노 입자에 대한 흡입 독성 시험은 일반적으로 나노 입자를 에어로졸 상태로 발생시켜 일정 크기의 저장 챔버에 공급하고, 이러한 저장 챔버에 실험 동물 등을 투입시켜 나노 입자에 노출시킨 후 실험 동물의 다양한 변화 상태를 측정하는 방식으로 진행되고 있다.

그러나, 나노 입자 중 섬유상 입자의 경우에는 나노 입자를 에어로졸 상태로 발생시키는 것이 어려워 정확한 흡입 독성 평가 시험을 수행하지 못하고 있는 실정이다. 예를 들면, 탄소나노튜브(CNT:Carbon Nano Tube)와 같은 나노 입자는 각 입자가 파이버(Fiber) 상태로 존재하므로, 각각의 나노 입자를 꼬이지 않게 편 상태로 에어로졸화 시켜야만 나노 입자에 대한 정확한 흡입 독성 시험이 가능한데, 현재까지 탄소나노튜브를 그 자체만으로 완전히 펼쳐진 에어로졸 상태로 발생시키는 장치가 개발되지 않고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

이러한 탄소나노튜브와 같은 섬유상 나노 입자를 에어로졸 상태로 발생시키는 장치는 현재 탄소나노튜브와 계면 활성제를 혼합한 형태로 에어로졸화하거나 또는 알코올을 혼합한 형태로 에어로졸화하는 방식 등으로 구성되고 있는데, 이는 모두 별도의 첨가물을 혼합한 형태로서 구성되기 때문에, 흡입 독성 평가 시험에서 나노 입자에 의한 영향뿐만 아니라 첨가물에 의한 영향이 나타날 수밖에 없으므로 정확한 시험 결과를 얻을 수 없는 문제가 있었다.

따라서, 최근에는 독성을 나타낼 수 있는 첨가물을 혼합한 형태가 아니라 탄소나노튜브를 그 자체만으로 완전히 펼쳐진 에어로졸 상태로 발생시키기 위한 연구가 진행되고 있다.

한편, 이와 같이 나노 입자를 그 자체만으로 완전히 펼쳐진 에어로졸 상태로 발생시킨다고 하더라도, 발생된 에어로졸 입자를 흡입 독성 평가 시험을 위한 특정 챔버 등으로 공급 배출시키는 과정에서, 섬유상 입자의 특성상 나노 입자가 다시 꼬이거나 뭉칠 수 있고, 공급 유로의 벽면에 쉽게 부착될 수 있으므로, 나노 입자를 원활하게 배출시키는 것이 매우 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 에어로졸 발생기로부터 나노입자용액을 흡입하여 에어로졸화한 후 외부로 배출시키는 과정에서 에어로졸 입자를 하전시켜 에어로졸 입자에 대해 전기력에 의한 배출 흐름을 유도함으로써, 에어로졸 입자가 유동 과정에서 내부 유로의 벽면에 부착되지 않도록 하고, 이에 따라 에어로졸 입자를 더욱 원활하게 공급 배출할 수 있으며, 이후 흡입 독성 평가 시험과 같은 나노 입자에 대한 다양한 시험을 더욱 정확하게 수행할 수 있도록 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 탄소나노튜브와 같은 섬유상 나노 입자에 대한 에어로졸 입자를 배출하는 과정에서, 에어로졸 입자에 존재하는 전하에 의한 전기적 척력과 고온 공기 공급에 의한 물방울의 신속한 증발을 통해 섬유상 나노 입자가 계속 펼쳐진 상태로 유지될 수 있도록 함으로써, 섬유상 나노 입자가 다시 꼬이거나 뭉치는 것을 방지하여 에어로졸화된 섬유상 나노 입자를 펼쳐진 상태로 원활하게 배출할 수 있는 나노입자 에어로졸 분사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 에어로졸 발생기로부터 나노입자용액을 흡입하고 에어로졸화하여 외부로 배출하는 나노입자 에어로졸 분사 장치에 있어서, 내부에 분사 유로가 형성되고, 일측에는 상기 분사 유로와 연통되게 배출구가 형성되는 노즐 케이스; 상기 에어로졸 발생기로부터 상기 분사 유로로 나노입자용액을 흡입함과 동시에 에어로졸화하여 에어로졸 입자를 발생시키는 흡입 유닛; 및 상기 흡입 유닛에 의해 상기 분사 유로 내에 발생되는 에어로졸 입자를 하전시키고, 하전된 에어로졸 입자를 전기력에 의해 상기 배출구로 유도하는 하전 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치를 제공한다.

이때, 상기 흡입 유닛은 입구단이 상기 에어로졸 발생기에 연통되게 결합되고 출구단이 상기 분사 유로에 연통되도록 상기 노즐 케이스에 결합되는 모세관; 상기 분사 유로에 연통되도록 상기 모세관의 출구단을 향해 상기 노즐 케이스 내부에 형성되는 고압 공기 유로; 및 상기 고압 공기 유로를 통해 상기 분사 유로로 고압의 공기를 분사하는 메인 공기 펌프를 포함하고, 고압의 공기 분사에 의해 발생하는 상기 모세관 출구단 측의 압력 강하에 의해 상기 모세관을 따라 상기 에어로졸 발생기로부터 상기 분사 유로로 나노입자용액이 흡입되고, 나노입자용액은 상기 모세관 출구단에서 상기 분사 유로로 분무되며 에어로졸화되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 하전 유닛은 상기 흡입 유닛을 통해 상기 분사 유로로 유입되는 에어로졸 입자를 양극 또는 음극으로 하전시키는 하전 수단; 및 상기 하전 수단을 통해 하전된 에어로졸 입자가 전기력에 의해 상기 배출구로 유도될 수 있도록 상기 배출구에 인접하게 배치되는 접지 단자를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 하전 수단은 에어로졸 입자가 상기 모세관을 통과하는 과정에서 양극 또는 음극으로 하전될 수 있도록 상기 모세관에 고전압을 인가하는 고전압 인가 장치로 적용될 수 있다.

또한, 상기 하전 유닛에 의해 하전된 에어로졸 입자가 유입되어 중화될 수 있도록 상기 배출구와 인접하게 별도의 중화기가 장착되고, 하전된 에어로졸 입자는 상기 중화기를 통과하여 중화된 상태로 상기 배출구로 배출될 수 있다.

또한, 상기 흡입 유닛에 의해 상기 분사 유로 내에 발생되는 에어로졸 입자가 상기 분사 유로를 따라 이동하며 상기 배출구로 유도될 수 있도록 상기 분사 유로의 내주면을 따라 상기 배출구를 향해 공기를 분사하는 공기 분사 유닛을 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 공기 분사 유닛은 상기 분사 유로와 연통되도록 상기 노즐 케이스 내부에 형성되는 보조 공기 유로; 및 상기 보조 공기 유로를 통해 상기 분사 유로로 공기를 분사하는 보조 공기 펌프를 포함하고, 상기 보조 공기 유로는 상기 보조 공기 유로를 통과한 공기의 흐름이 상기 분사 유로의 내주면을 따라 상기 배출구를 향해 유동하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 공기 분사 유닛은 상기 보조 공기 펌프로부터 상기 보조 공기 유로로 유입되는 공기를 가열할 수 있는 별도의 히터를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 분사 유로의 하단 일측에는 상기 분사 유로의 내부에서 응축된 액체를 배출할 수 있는 드레인 홀이 형성될 수 있다.

한편, 상기 에어로졸 발생기는 나노입자용액을 저장할 수 있는 저장 용기; 상기 저장 용기에 저장된 나노입자용액을 가열할 수 있는 가열기; 및 상기 저장 용기에 저장된 나노입자용액에 초음파 진동을 전달할 수 있는 초음파 진동기를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 에어로졸 발생기로부터 나노입자용액을 흡입하여 에어로졸화한 후 외부로 배출시키는 과정에서 에어로졸 입자를 하전시켜 에어로졸 입자에 대해 전기력에 의한 배출 흐름을 유도함으로써, 에어로졸 입자가 유동 과정에서 내부 유로의 벽면에 부착되지 않도록 하고, 이에 따라 에어로졸 입자를 원활하게 공급 배출할 수 있으며, 이후 흡입 독성 평가 시험과 같은 나노 입자에 대한 다양한 시험을 더욱 정확하게 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 탄소나노튜브와 같은 섬유상 나노 입자에 대한 에어로졸 입자를 배출하는 과정에서, 에어로졸 입자에 존재하는 전하에 의한 전기적 척력과 고온 공기 공급에 의한 물방울의 신속한 증발을 통해 섬유상 나노 입자가 계속 펼쳐진 상태로 유지될 수 있도록 함으로써, 섬유상 나노 입자가 다시 꼬이거나 뭉치는 것을 방지하여 에어로졸화된 섬유상 나노 입자를 펼쳐진 상태로 원활하게 배출할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치의 세부 구성을 개략적으로 도시한 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치의 작동 원리를 개념적으로 도시한 개념도,
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치의 세부 구성을 개략적으로 도시한 개념도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치의 공기 분사 유닛에 대한 다양한 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치의 세부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치의 작동 원리를 개념적으로 도시한 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치는 탄소나노튜브와 같은 섬유상 나노입자에 대한 나노입자용액을 저장하는 에어로졸 발생기로부터 나노입자용액을 흡입함과 동시에 에어로졸화하여 에어로졸 입자를 외부로 배출하는 장치로서, 에어로졸 입자를 뭉치거나 벽면 부착되지 않도록 하여 원활하게 배출할 수 있도록 구성된다.

이와 같은 나노입자 에어로졸 분사 장치는 에어로졸 발생기(20)로부터 나노입자용액을 흡입할 수 있도록 도 1에 도시된 바와 같이 에어로졸 발생기(20)와 연통되는 형태로 에어로졸 발생기(20)의 상부에 배치될 수 있다. 이때, 에어로졸 발생기(20)는 탄소나노튜브와 같은 섬유상 나노 입자의 에어로졸 입자를 발생시키는 장치가 적용될 수 있는데, 이와 달리 다양한 다른 형태의 에어로졸 발생기(20)가 적용될 수도 있을 것이다.

일반적으로 섬유상 나노 입자는 종래 기술에서 설명한 바와 같이 그 특성상 완전히 편 상태로 에어로졸 입자를 발생시키기 어려울 뿐만 아니라 발생된 에어로졸 입자를 특정 챔버로 배출시키기가 어려우므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치(10)는 이러한 에어로졸 발생기(20)에 적용되는 경우 그 효과가 더욱 배가될 수 있다. 즉, 섬유상 나노 입자의 에어로졸 입자는 에어로졸 발생기(20)로부터 특정 챔버로 배출되는 과정에서 뭉치거나 유로 벽면에 부착되는 등의 이유로 원활하게 배출되기가 어려우므로, 이러한 에어로졸 발생기(20)에 대해 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치를 활용하는 경우 매우 원활하게 에어로졸 입자를 특정 챔버로 배출 공급할 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치(10)는 노즐 케이스(100)와, 흡입 유닛(300)과, 하전 유닛(600)을 포함하여 구성된다.

노즐 케이스(100)는 전술한 바와 같이 내부에 분사 유로(110)가 형성되고, 일측에는 분사 유로(110)와 연통되게 배출구(111)가 형성된다. 분사 유로(110)는 흡입 유닛(300)에 의해 에어로졸 발생기(20)로부터 흡입되어 에어로졸화된 에어로졸 입자(P)가 유동하기 위한 공간으로, 도 1에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하며, 배출구(111)는 이러한 분사 유로(110)의 상단에 배치되도록 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 흡입 유닛(300)에 의해 흡입되어 분무되는 에어로졸 입자(P)는 분사 유로(110)를 따라 상향 이동하며 배출구(111)를 통해 외부로 배출된다.

흡입 유닛(300)은 에어로졸 발생기(20)로부터 나노입자용액을 흡입함과 동시에 에어로졸화하여 에어로졸 입자(P)를 발생시키며, 이러한 에어로졸 입자(P)가 노즐 케이스(100)의 배출구(111)로 배출될 수 있도록 형성되는데, 본 발명의 일 실시예에 따라 모세관(330), 고압 공기 유로(320) 및 메인 공기 펌프(310)를 포함하여 구성될 수 있다.

모세관(330)은 에어로졸 발생기(20)로부터 나노입자용액이 분사 유로(110)로 유입될 수 있도록 입구단이 에어로졸 발생기(20)에 연통되게 결합되고 출구단은 분사 유로(110)에 연통되도록 노즐 케이스(100)에 결합된다. 고압 공기 유로(320)는 노즐 케이스(100)의 내부에 형성되는데, 분사 유로(110)에 연통되도록 모세관(330)의 출구단을 향해 형성된다. 즉, 고압 공기 유로(320)는 고압의 공기가 모세관(330)의 출구단 측으로 분사될 수 있도록 형성되는데, 도 1에 도시된 바와 같이 모세관(330)이 중심부에 위치하도록 모세관(330)의 길이 방향을 따라 모세관(330)과 평행하게 형성될 수 있다. 또한, 고압 공기 유로(320)를 통해 분사된 공기가 분사 유로(110)를 향해 분사되도록 분사 유로(110)와 연통되게 형성된다. 메인 공기 펌프(310)는 고압 공기 유로(320)를 통해 분사 유로(110)로 고압의 공기를 분사할 수 있도록 형성된다.

이러한 구조에 따라 메인 공기 펌프(310)에 의해 고압 공기 유로(320)로 고압의 공기가 분사되면, 모세관(330) 출구단 측에서는 압력 강하 현상이 발생되고, 이러한 압력 강하 현상에 의해 모세관(330)을 따라 에어로졸 발생기(20)로부터 분사 유로(110)로 나노입자용액이 흡입된다. 모세관(330)을 통해 흡입된 나노입자용액은 모세관(330)의 출구단에서 분무되며 에어로졸화되고, 이와 같이 형성된 에어로졸 입자(P)는 모세관(330)의 출구단에서 고압 공기 유로(320)로부터 분사 유로(110)로 흐르는 공기 흐름과 함께 상부측으로 확산되며 유동하게 된다. 이후 에어로졸 입자(P)는 분사 유로(110)의 상단에 형성된 배출구(111)를 통해 외부로 배출된다.

이때, 에어로졸 입자(P)가 분사 유로(110)를 따라 배출구(111)로 유동하는 과정에서, 분사 유로(110)의 내주면에 부착되며 연속적인 에어로졸 입자(P)의 배출 흐름을 방해할 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 하전 유닛(600)은 에어로졸 입자(P)에 전기력에 의한 유동력을 제공함으로써, 이러한 현상을 방지하여 에어로졸 입자가 원활하게 배출될 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

이러한 하전 유닛(600)은 흡입 유닛(300)에 의해 분무되는 에어로졸 입자(P)를 하전시키고, 하전된 에어로졸 입자(P)을 전기력에 의해 분사 유로(110)의 배출구(111)로 유동하도록 구성되는데, 본 발명의 일 실시예에 따라 흡입 유닛(300)을 통해 분사 유로(110)로 유입되는 에어로졸 입자(P)을 양극 또는 음극으로 하전시키는 하전 수단(610)과, 하전 수단(610)을 통해 하전된 에어로졸 입자(P)가 전기력에 의해 배출구(111)로 유도될 수 있도록 배출구(111)에 인접하게 배치되는 접지 단자(620)를 포함하여 구성된다.

이때, 하전 수단(610)은 에어로졸 입자(P)가 모세관(330)을 통과하는 과정에서 양극 또는 음극으로 하전될 수 있도록 모세관(330)에 고전압을 인가하는 고전압 인가 장치(611)로 적용될 수 있다.

이러한 구성에 따라 분사 유로(110) 내부에는 모세관(330) 출구단으로부터 배출구(111)에 인접한 접지 단자(620) 사이에서 전기장이 형성되고, 모세관(330)으로부터 분사 유로(110)로 분무되는 에어로졸 입자(P)는 모세관(330)을 통과하는 과정에서 양극 또는 음극으로 하전된 상태로 유입되기 때문에, 분사 유로(110) 내부에서 접지 단자(620)를 향해 전기력이 작용하여 원활하게 이동하게 된다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 모세관(330)을 통과하는 나노입자용액이 하전 수단(610)에 의해 양극(+)으로 하전되고, 이에 따라 모세관(330)의 출구단에서 분무되는 에어로졸 입자(P)는 양극으로 하전된 상태로 분사 유로(110)로 유입되며, 양극으로 하전된 에어로졸 입자(P)는 음극으로 작용하는 접지 단자(620)를 향해 전기력이 작용하므로, 분사 유로(110)의 내주면에 부착되지 않고 더욱 신속하고 원활하게 접지 단자(620)를 향해 유동하여 배출구(111)를 통해 배출된다.

이때, 배출구(111)를 통해 배출되는 에어로졸 입자(P)는 하전된 상태로 배출될 수 있는데, 이 경우, 배출구(111)를 통해 배출되는 에어로졸 입자(P)가 하전되지 않고 중화된 상태로 배출되는 것이 바람직하므로, 본 발명의 일 실시예에 따라 별도의 중화기(500)가 배출구(111)와 인접한 위치에 장착되는 것이 바람직하다.

예를 들어 배출구(111)에 별도의 배관 등이 연결되어 특정 챔버로 공급하는 경우라면, 배출구(111)를 통해 배출된 이후 하전된 상태의 에어로졸 입자(P)가 별도의 배관 등에 쉽게 부착될 수 있으므로, 에어로졸 입자(P)가 배출구(111)를 통해 배출되는 과정에서 중화기(500)에 의해 중화된 상태로 배출되도록 함으로써, 이러한 배관에서의 부착 현상 등을 방지할 수 있다.

중화기(500)는 하전 유닛(600)에 의해 하전된 에어로졸 입자(P)가 유입되어 중화될 수 있도록 배출구(111)와 인접한 위치에 장착되고, 하전된 에어로졸 입자(P)가 중화기(500)를 통과하며 중화된 상태에서 배출구(111)를 통해 배출되도록 구성된다. 이러한 중화기(500)는 X선과 같은 전자기파 또는 다양한 방사능 물질(Po²¹⁰, Kr⁸⁵, Am²⁴¹)등을 사용하여 제작될 수 있으며, 이는 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치(10)는 전술한 바와 같이 섬유상 나노 입자에 대한 에어로졸 발생기(20)에 적용되는 경우, 그 효과가 배가되는데, 일반적으로 탄소나노튜브와 같은 섬유상 나노 입자에 대한 에어로졸 발생기(20)는 종래 기술에서 설명한 바와 같이 별도의 첨가물과 혼합된 형태로 에어로졸 입자(P)가 발생된다.

특히, 독성이 없는 물과 탄소나노튜브를 혼합한 형태로 에어로졸 입자(P)를 발생시킬 수 있는데, 이 경우 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 물방울(P1) 내부에 탄소나노튜브와 같은 섬유상 나노 입자(P2)가 펼쳐진 상태로 존재하며 에어로졸 입자(P)를 형성하게 된다. 또한, 전술한 하전 유닛(600)에 의해 에어로졸 입자(P)가 하전된 경우, 에어로졸 입자(P)에는 양전하(P3)(또는 음전하)가 부착된 상태로 존재하게 된다. 이러한 상태에서 에어로졸 입자(P)가 유동하면, 시간이 지남에 따라 물방울(P1)이 증발하게 되는데, 일반적으로 물방울(P1)이 증발하면, 증발 과정에서 물방울의 표면 장력의 영향에 의해 물방울(P1) 내에 존재하는 섬유상 나노 입자(P2)가 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 다시 꼬이거나 뭉치게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따라 에어로졸 입자(P)가 하전된 상태인 경우에는, 물방울(P1)이 증발하더라도 양전하(P3)가 섬유상 나노 입자(P2)에 계속 남아있게 되고, 이 경우, 양전하(P2)간의 전기력에 의한 척력이 발생하여 섬유상 나노 입자(P2)가 꼬이거나 뭉치는 것이 방지된다. 따라서, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 물방울(P1)이 모두 증발한 상태에서도 섬유상 나노 입자(P2)는 펼쳐진 상태로 계속 유지될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치는 하전 유닛(600)에 의해 에어로졸 입자(P)가 하전되도록 함으로써, 전기력에 의한 에어로졸 입자(P)의 유동력을 발생시켜 에어로졸 입자의 원활한 배출 흐름을 가능하게 함과 동시에 아울러 탄소나노튜브와 같은 각각의 섬유상 나노 입자가 배출 과정에서 다시 꼬이거나 뭉치지 않고 계속 펼쳐진 상태를 유지할 수 있게 되므로, 나노 입자에 대한 흡입 독성 평가 시험에서 더욱 정확한 시험 결과를 얻을 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치의 세부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치의 공기 분사 유닛에 대한 다양한 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 에어로졸 입자(P)가 분사 유로(110)의 내주면에 부착되지 않고 원활하게 배출구(111)로 유동할 수 있도록 분사 유로(110)의 내주면을 따라 배출구(111)를 향해 공기를 분사하는 별도의 공기 분사 유닛(200)을 더 구비할 수 있다.

이러한 공기 분사 유닛(200)은 분사 유로(110)와 연통되도록 노즐 케이스(100) 내부에 형성되는 보조 공기 유로(220)와, 보조 공기 유로(220)를 통해 분사 유로(110)로 공기를 분사하도록 보조 공기 유로(220)에 연결 장착되는 보조 공기 펌프(210)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 보조 공기 유로(220)는 보조 공기 유로(220)를 통과한 공기의 흐름이 분사 유로(110)의 내주면을 따라 배출구(111)를 향해 유동하도록 형성된다. 예를 들면, 보조 공기 유로(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 분사 유로(110)에 대해 상향 경사지게 교차하는 방향으로 형성되어 보조 공기 유로(220)를 통과한 공기가 분사 유로(110)의 내주면을 따라 상향 유동하도록 구성될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치는 모세관(330)의 출구단 압력 강하 현상에 의해 분사 유로(110)로 분무되는 에어로졸 입자(P)가 고압 공기 유로(320)의 공기 흐름과 함께 분사 유로(110) 내부에서 상향 이동하게 되고, 이 과정에서, 보조 공기 유로(220)로부터 유입되어 분사 유로(110)의 내주면을 따라 흐르는 공기 흐름에 의해 에어로졸 입자(P)가 분사 유로(110)의 내주면에 부착되지 않고 원활하게 배출구(111)를 향해 유동하게 된다.

이때, 에어로졸 입자(P)는 도 2에 도시된 바와 같이 에어로졸 발생기(20)로부터 물과 함께 혼합된 상태로 에어로졸화되기 때문에, 에어로졸 입자(P)가 분사 유로(110)를 통과하는 과정에서 신속하게 물이 증발되는 것이 바람직하다. 즉, 전술한 바와 같이 에어로졸 입자(P)는 물방울(P1) 내에 탄소나노튜브와 같은 섬유상 나노 입자(P2)가 펼쳐져 있는 상태로 존재하며, 이러한 에어로졸 입자(P)는 시간이 흐름에 따라 물방울(P1)이 증발하게 되고, 이 과정에서 물방울의 표면 장력이 더욱 증가하며 내부의 섬유상 나노 입자(P2)가 다시 꼬이거나 뭉치게 된다. 따라서, 이러한 섬유상 나노 입자(P2)의 재뭉침 현상을 방지할 수 있도록 물방울(P1)을 신속하게 증발시켜 물방울의 표면 장력에 의한 영향을 최소화하는 것이 바람직하다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 분사 유닛(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 보조 공기 펌프(210)로부터 보조 공기 유로(220)로 유입되는 공기를 가열할 수 있는 별도의 히터(230)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 보조 공기 유로(220)를 통해 분사 유로(110)로 공급되는 공기를 가열하여 고온의 공기를 유입시킴으로써, 에어로졸 입자(P)의 물방울(P1)을 신속하게 증발시킬 수 있고, 이에 따라 물방울(P1) 내에 존재하는 탄소나노튜브와 같은 섬유상 나노 입자(P2)가 펼쳐진 상태 그대로 유지되도록 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치는 전술한 하전 유닛(600)을 통해서도 섬유상 나노 입자(P2)를 펼쳐진 상태로 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라 이와 같은 고온의 공기를 분사하는 공기 분사 유닛(200)을 통해서도 동일한 작용을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 분사 유닛(200)은 에어로졸 입자(P)가 분사 유로(110)의 내주면에 부착되지 않도록 분사 유로(110)의 내주면을 따라 흘러가도록 공기를 분사해야 하므로, 이러한 공기 흐름이 더욱 원활하게 이루어질 수 있도록 보조 공기 유로(220)를 도 4에 도시된 바와 같이 분사 유로(110)에 대해 길이 방향 및 원주 방향으로 경사지게 교차하는 방향으로 형성할 수 있다.

이러한 보조 공기 유로(220)에 따라 보조 공기 유로(220)를 통과한 공기의 흐름은 분사 유로(110)의 내주면을 따라 나선 방향으로 유도되며, 분사 유로(110)의 내주면에 접촉한 상태로 공기가 흘러가게 된다. 따라서, 에어로졸 입자(P)의 분사 유로(110)에 대한 부착 현상을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 이러한 방식 이외에도 도 5에 도시된 바와 같이 보조 공기 유로(220)의 끝단부에 공기의 흐름이 분사 유로(110)의 내주면을 따라 상향 유도되도록 별도의 가이드부(221)를 형성할 수도 있으며, 이외에도 다양한 다른 방식을 적용할 수 있을 것이다.

한편, 이와 같이 에어로졸 입자(P)가 분사 유로(110)를 유동하는 과정에서 물방울(P1)이 증발하게 되면, 분사 유로(110)의 내측벽에서는 증발된 물방울의 응축 작용이 일어날 수 있고, 이러한 응축 작용 이외에도 물방울의 형태로 존재하는 에어로졸 입자는 분사 유로(110)를 통과하는 과정에서 물방울이 충돌 등에 의해 뭉쳐지며 자유낙하할 수 있으므로, 이와 같이 흘러내리는 물방울을 분사 유로(110)의 외부로 배출할 수 있도록 분사 유로(110)의 하단 일측에는 별도의 드레인 홀(400)이 형성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치(10)는 전술한 바와 같이 다양한 형태의 에어로졸 발생기(20)와 적용될 수 있는데, 특히, 섬유상 나노 입자에 대한 에어로졸 발생기(20)에 적용될 때 그 효과가 배가될 수 있다. 이때, 에어로졸 발생기(20)는 도 6에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브와 물을 혼합하여 에어로졸 입자(P)를 발생시킬 수 있는 형태로 적용될 수 있으며, 이 경우 별도의 독성 첨가물이 추가되지 않아 나노 입자에 대한 흡입 독성 평가 시험을 더욱 정확하게 수행할 수 있다.

이러한 에어로졸 발생기(20)는 도 6에 도시된 바와 같이 물과 탄소나노튜브가 혼합된 혼합 용액을 저장할 수 있는 저장 용기(21)와, 저장 용기(21)의 혼합 용액을 가열하는 가열기(23)와, 저장 용기(21)의 혼합 용액에 초음파 진동을 전달하는 초음파 진동기(24)를 포함하여 구성된다. 이때, 저장 용기(21)는 별도의 수조(22) 내에 잠기도록 배치되고, 가열기(23) 및 초음파 진동기(24)에 의한 열 및 초음파 진동이 수조(22) 내의 매개 물질을 통해 저장 용기(21)에 전달되도록 구성될 수 있다. 또한, 이와 달리 별도의 수조(22) 없이 가열기(23) 및 초음파 진동기(24)가 직접 저장 용기(21)와 접촉하도록 배치될 수도 있다.

이러한 구성에 따라 저장 용기(21) 내부의 혼합 용액은 가열기(23)에 의한 열을 전달받아 온도가 상승하게 되는데, 혼합 용액의 물은 온도가 상승하면 표면장력이 감소하여 물질 표면에 잘 퍼지면서 부착되는 특성이 있다. 따라서, 가열기(23)를 통해 혼합 용액을 가열하게 되면, 섬유상 나노 입자인 탄소나노튜브는 물에 잘 퍼지면서 물과 함께 서로 혼합된다. 이 상태에서 초음파 진동기(24)를 통한 초음파 진동을 가하게 되면, 혼합 용액은 더욱 활발하게 분산되며, 에어로졸 입자를 생성하게 된다.

이러한 에어로졸 발생기(20)를 통해 발생되는 에어로졸 입자(P)는 종래 기술에서 설명한 별도의 계면 활성제 또는 알코올 등의 첨가물이 추가되지 않는 상태로 에어로졸 입자(P)를 발생시키기 때문에, 이와 같이 발생된 에어로졸 입자(P)는 이후 나노 입자에 대한 흡입 독성 평가 시험에 적용될 때, 첨가물에 의한 독성 효과가 제거되므로, 더욱 정확한 흡입 독성 평가 시험을 가능하게 한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 에어로졸 분사 장치(10)에 적용되는 에어로졸 발생기(20)는 섬유상 나노 입자인 탄소나노튜브에 대한 에어로졸 입자를 별도의 독성 첨가물 없이 완전히 편 상태로 발생시키는 위와 같은 장치가 적용되는 것이 바람직하며, 이러한 에어로졸 발생기(20)를 기초로 하여 발생된 에어로졸 입자(P)를 배출 공급하는데 더욱 유리하게 작용할 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 에어로졸 분사 장치 20: 에어로졸 발생기
100: 노즐 케이스 110: 분사 유로
111: 배출구 200: 공기 분사 유닛
210: 보조 공기 펌프 220: 보조 공기 유로
230: 히터 300: 흡입 유닛
310: 메인 공기 펌프 320: 고압 공기 유로
330: 모세관 400: 드레인 홀
500: 중화기 600: 하전 유닛
610: 하전 수단 620: 접지 단자

Claims (10)

1. 에어로졸 발생기로부터 나노입자용액을 흡입하고 에어로졸화하여 외부로 배출하는 나노입자 에어로졸 분사 장치에 있어서,
   내부에 분사 유로가 형성되고, 일측에는 상기 분사 유로와 연통되게 배출구가 형성되는 노즐 케이스;
   입구단이 상기 에어로졸 발생기에 연통되게 결합되고 출구단이 상기 분사 유로에 연통되도록 상기 노즐 케이스에 결합되는 모세관과, 상기 분사 유로에 연통되도록 상기 노즐 케이스 내부에 상기 모세관의 출구단을 향해 형성되는 고압 공기 유로와, 상기 고압 공기 유로를 통해 상기 분사 유로로 고압의 공기를 분사하는 메인 공기 펌프를 구비하는 흡입 유닛; 및
   상기 흡입 유닛에 의해 상기 분사 유로 내에 발생되는 에어로졸 입자를 하전시키고, 하전된 에어로졸 입자를 전기력에 의해 상기 배출구로 유도하는 하전 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 하전 유닛은
   상기 흡입 유닛을 통해 상기 분사 유로로 유입되는 에어로졸 입자를 양극 또는 음극으로 하전시키는 하전 수단; 및
   상기 하전 수단을 통해 하전된 에어로졸 입자가 전기력에 의해 상기 배출구로 유도될 수 있도록 상기 배출구에 인접하게 배치되는 접지 단자
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 하전 수단은
   에어로졸 입자가 상기 모세관을 통과하는 과정에서 양극 또는 음극으로 하전될 수 있도록 상기 모세관에 고전압을 인가하는 고전압 인가 장치로 적용되는 것을 특징으로 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치.
   
5. 제 1 항, 제3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하전 유닛에 의해 하전된 에어로졸 입자가 유입되어 중화될 수 있도록 상기 배출구와 인접하게 별도의 중화기가 장착되고, 하전된 에어로졸 입자는 상기 중화기를 통과하여 중화된 상태로 상기 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치.
   
6. 제 1 항, 제3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡입 유닛에 의해 상기 분사 유로 내에 발생되는 에어로졸 입자가 상기 분사 유로를 따라 이동하며 상기 배출구로 유도될 수 있도록 상기 분사 유로의 내주면을 따라 상기 배출구를 향해 공기를 분사하는 공기 분사 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 공기 분사 유닛은
   상기 분사 유로와 연통되도록 상기 노즐 케이스 내부에 형성되는 보조 공기 유로; 및
   상기 보조 공기 유로를 통해 상기 분사 유로로 공기를 분사하는 보조 공기 펌프
   를 포함하고, 상기 보조 공기 유로는 상기 보조 공기 유로를 통과한 공기의 흐름이 상기 분사 유로의 내주면을 따라 상기 배출구를 향해 유동하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 공기 분사 유닛은
   상기 보조 공기 펌프로부터 상기 보조 공기 유로로 유입되는 공기를 가열할 수 있는 별도의 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치.
   
9. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분사 유로의 하단 일측에는 상기 분사 유로의 내부에서 응축된 액체를 배출할 수 있는 드레인 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치.
   
10. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에어로졸 발생기는
    나노입자용액을 저장할 수 있는 저장 용기;
    상기 저장 용기에 저장된 나노입자용액을 가열할 수 있는 가열기; 및
    상기 저장 용기에 저장된 나노입자용액에 초음파 진동을 전달할 수 있는 초음파 진동기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 에어로졸 분사 장치.
    
    

Images