KR101322689B1 - Method and system for separating fibrous particles - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유형상 입자의 분리 방법에 관한 것으로서, 에어로졸에 포함된 입자들의 하전상태를 중화하는 단계; 상기 중화된 에어로졸에 남아있는 하전 입자를 제거하는 단계; 상기 중화된 에어로졸을 불균일한 전기장 사이로 통과시켜 섬유 형상의 입자들에 쌍극자 모멘트를 발생시키는 단계; 및 에어로졸을 전기장 사이로 통과시켜 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유 형상의 입자를 분리하는 단계를 포함하는 섬유형상 입자의 분리 방법을 제공한다.
그리고 본 발명에 의한 섬유형상 입자 분리 시스템은, 에어로졸에 포함된 입자의 하전 상태를 중화하는 에어로졸 중화기; 및 상기 에어로졸 중화기를 거친 에어로졸을 일정 거리 이격된 내부 전극과 외부 전극의 사이로 통과시켜 에어로졸에 포함된 섬유형상의 입자를 분리하는 분류기를 포함하며, 상기 분류기는 상기 두 전극 사이에 불균일한 전기장을 형성하여 섬유형상의 입자에 쌍극자 모멘트를 형성하는 부분을 포함하는 섬유형상 입자 분리 시스템을 제공한다.
본 발명은, 전기적으로 중립상태인 입자를 포함하는 불균일한 전기장 사이로 통과시킴으로써, 섬유형상의 입자에만 쌍극자 모멘트를 발생시키고 이에 따른 정전기적 이동도의 차이를 이용하여 섬유형상의 입자만을 분리할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a method for separating fibrous particles, the method comprising: neutralizing a charged state of particles included in an aerosol; Removing charged particles remaining in the neutralized aerosol; Passing the neutralized aerosol through a non-uniform electric field to generate a dipole moment in the fibrous particles; And separating the fibrous particles having a dipole moment formed by passing the aerosol through the electric field.
And the fibrous particle separation system according to the present invention, an aerosol neutralizer for neutralizing the charged state of the particles contained in the aerosol; And a classifier for separating the fibrous particles contained in the aerosol by passing the aerosol through the aerosol neutralizer between the inner electrode and the outer electrode spaced a predetermined distance, wherein the classifier forms a non-uniform electric field between the two electrodes. Thereby providing a fibrous particle separation system comprising a portion for forming a dipole moment in the fibrous particles.
The present invention, by passing through a non-uniform electric field containing electrically neutral particles, can generate a dipole moment only in the fibrous particles and can separate only the fibrous particles by using the difference in electrostatic mobility It works.

Description

섬유형상 입자의 분리 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR SEPARATING FIBROUS PARTICLES}Method and system for separating fibrous particles {METHOD AND SYSTEM FOR SEPARATING FIBROUS PARTICLES}

본 발명은 섬유형상 입자의 분리 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 섬유형상 입자에 대하여 쌍극자 모멘트를 유발하여 그에 따른 입자의 이동도 차이를 이용하여 섬유형상의 입자를 분리할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for separating fibrous particles, and more particularly, to a method of inducing a dipole moment with respect to fibrous particles and separating fibrous particles by using the difference in particle mobility. It is about the system.

일반적으로 반도체 생산공정의 클린룸과 같은 청정 공간 내에 존재하는 입자들의 측정은 반도체 생산 공정에서 매우 중요한 요소이며, 반도체 기술의 발달로 반도체의 선폭이 감소함에 따라서 나노 단위의 입자까지 측정할 수 있는 기술이 요청되고 있다.In general, the measurement of particles in a clean space, such as a clean room of a semiconductor production process, is a very important factor in the semiconductor production process, and the technology that can measure particles in nano units as the line width of semiconductors decreases due to the development of semiconductor technology. Is being requested.

또한, 최근에는 나노미터 내지 마이크로미터 크기의 구조를 가지는 입자를 사용하는 기술이 발전하면서, 초미세 입자를 측정하는 것에서 나아가 크기별로 분류하는 기술이 연구의 기본조건이 되고 있다. In addition, in recent years, as the technology of using particles having a structure of nanometer to micrometer size has been developed, a technique for classifying by size in addition to measuring ultrafine particles has become a basic condition of research.

이렇듯 미세입자를 측정, 평가 및 분류하는 기술에 대한 요구가 여러 방면에서 증가하고 있다. As such, the demand for techniques for measuring, evaluating and classifying microparticles is increasing in many ways.

입자 분리 장치의 일종인 전기적 입자 분급장치(DMA, different mobility analyzer)는 정전기력에 의한 입자의 이동도 차이를 이용하여 입자를 분류하는 장치로, 미분형 전기이동도 분석기 또는 미분형 정전분급기라고도 불린다.An electrical particle classifier (DMA), which is a type of particle separation device, classifies particles by using the difference in particle mobility due to electrostatic force. It is also called differential electric mobility analyzer or differential type electric classifier. .

구체적으로 DMA는 하전된 입자의 이동속도가 입자 지름의 함수인 것을 이용하여 다분산(poly-disperse) 입자에서 원하는 지름을 가진 단분산(mono-disperse)입자를 선별하는 장비이다.Specifically, DMA is a device for selecting mono-disperse particles having a desired diameter from poly-disperse particles by using the moving speed of the charged particles as a function of the particle diameter.

도 4는 종래의 일반적인 DMA의 구조를 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing the structure of a conventional general DMA.

종래의 DMA는 내부에 위치하는 원통형의 내부 전극(1)과 내부 전극(1)을 둘러싸고 있는 외부 전극(2)으로 구성되며, 일반적으로 내부 전극(1)에 높은 전압을 인가하고 외부 전극(2)은 접지된다.Conventional DMA is composed of a cylindrical inner electrode (1) located inside and an outer electrode (2) surrounding the inner electrode (1), generally applying a high voltage to the inner electrode (1) and the outer electrode (2) ) Is grounded.

측정 또는 분류 대상이 되는 다분산 에어로졸(Qpo)과 청정한 공기인 보호공기(sheath air)(Qsh)를 함께 DMA 내로 유입시키면, 내부 전극(1)과 외부 전극(2) 사이에 형성된 전기장의 영향으로 다분산 에어로졸 내에 분산된 입자들이 전기력을 받으면서 하류로 흘러간다.When the polydispersed aerosol (Q po ) to be measured or classified and the sheath air (Q sh ), which is clean air, are introduced into the DMA, the electric field formed between the inner electrode 1 and the outer electrode 2 Under the influence, the particles dispersed in the polydisperse aerosol flow downstream as they receive electric force.

이때, 입자의 하전량이 동일하다면, 큰 입자는 내부 전극(1)으로 접근이 늦어질 것이고, 작은 입자는 내부 전극(1)으로 빠르게 접근하여 포집될 것이다. 그리고 내부 전극(310)의 하부의 적당한 위치에 가이드(6)를 설치하면 내부 전극(1)과 가이드(6) 사이의 슬릿을 통해서 원하는 크기의 입자만 포함된 단분산 에어로졸(Qmo)을 분리하고, 나머지 잔여 에어로졸(Qex)은 별도로 배출시킨다. 이로써 원하는 크기의 입자만을 분류할 수 있으며, 분류된 에어로졸을 입자 계수기로 보내서 측정할 수도 있다.At this time, if the charged amount of the particles is the same, the large particles will be delayed access to the inner electrode 1, and the small particles will be quickly approached and collected at the inner electrode 1. Then, when the guide 6 is installed at an appropriate position under the internal electrode 310, the monodisperse aerosol Q mo containing only particles of a desired size is separated through the slit between the internal electrode 1 and the guide 6. And the remaining residual aerosol (Q ex ) is discharged separately. This allows only particles of the desired size to be classified and can also be measured by sending the sorted aerosol to a particle counter.

한편, 최근에는 섬유형상의 입자를 분리하고 계측하기 위한 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.On the other hand, in recent years, interest in techniques for separating and measuring fibrous particles has increased.

일반적으로 섬유형상의 입자는 입자의 길이 대 폭의 비율이 10 이상인 경우를 말하며, 석면과 탄소나노튜브 등이 이에 해당한다. 석면의 경우는 인체에 매우 해롭기 때문에 이를 분리하여 제거하거나 오염도 측정을 위해 분리하여 계측하는 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 탄소나노튜브의 경우는 제조과정에서 촉매 입자와 같은 구형의 입자들과 섞이기 때문에 고순도의 제품을 확보하기 위하여 탄소나노튜브만을 분리할 필요가 있다.In general, the fibrous particles refer to a case in which the ratio of length to width of the particles is 10 or more, and asbestos and carbon nanotubes correspond thereto. Asbestos is very harmful to the human body, so there is a growing interest in the method of separating and removing it or measuring it for contamination measurement. Since carbon nanotubes are mixed with spherical particles such as catalyst particles in the manufacturing process, only carbon nanotubes need to be separated in order to secure high purity products.

상기한 종래의 DMA의 길이를 매우 길게 하여 섬유형상의 입자를 분리하는 방법을 개발하려는 노력이 있었으나 DMA의 크기가 너무 커지는 문제로 실용화되지 못하였으며, 현재 섬유형상의 입자만을 분리하는 방법이나 장비는 거의 없는 실정이다.
Efforts have been made to develop a method of separating the fibrous particles by making the DMA very long, but it has not been put to practical use because the size of the DMA is too large. Almost no situation.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 섬유형상의 입자를 분리할 수 있는 방법과 분리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method and a separation system capable of separating fibrous particles.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 섬유형상 입자의 분리 방법은, 섬유 형상의 입자들을 포함한 다양한 입자들이 분포된 에어로졸에서 섬유 형상의 입자들을 분리하는 방법으로서, 에어로졸에 포함된 입자들의 하전상태를 중화하는 단계; 상기 중화된 에어로졸에 남아있는 하전 입자를 제거하는 단계; 상기 중화된 에어로졸을 불균일한 전기장 사이로 통과시켜 섬유 형상의 입자들에 쌍극자 모멘트를 발생시키는 단계; 및 에어로졸을 전기장 사이로 통과시켜 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유 형상의 입자를 분리하는 단계를 포함한다.The separation method of the fibrous particles according to the present invention for achieving the above object is a method for separating the fibrous particles from the aerosol in which various particles including the fibrous particles are distributed, the charged state of the particles contained in the aerosol Neutralizing; Removing charged particles remaining in the neutralized aerosol; Passing the neutralized aerosol through a non-uniform electric field to generate a dipole moment in the fibrous particles; And passing the aerosol through the electric field to separate the fibrous particles in which the dipole moment is formed.

본 발명의 발명자들은 구형의 입자와 달리, 길이 대 폭의 비율이 10 이상이기 때문에 길이와 폭의 차이가 큰 섬유형상의 입자는 쌍극자 모멘트(dipole-moment)가 발생하는 점을 이용하여 섬유형상의 입자만을 분리하는 방법을 개발하였다.The inventors of the present invention, unlike the spherical particles, since the ratio of length to width is 10 or more, the fibrous particles having a large difference in length and width have a dipole-moment, which is a fibrous shape. A method of separating only particles has been developed.

이를 위하여 종래의 DMA가 입자를 하전 시키는 것과 반대로, 먼저 입자들을 전기적으로 중화시켜 정전기적으로 중립상태로 만들고, 에어로졸을 먼저 불균일한 전기장 사이로 통과시켜 섬유형상의 입자에 쌍극자 모멘트를 형성한다. 그리고 에어로졸을 전기장 사이로 통과시키면, 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자들에 대해서만 정전기적 인력이 작용하여 구형상의 입자들과 이동도에 차이가 발생하기 때문에 섬유형상의 입자들만 분리할 수 있다. 정전기적 인력은 균일한 전기장과 불균일한 전기장 모두에서 발생하므로 이동도의 차이를 발생시키기 위한 전기장은 불균일하거나 균일할 수 있다.To this end, in contrast to conventional DMA charging particles, first neutralize the particles to make them electrostatically neutral, and aerosols first pass between the uneven electric field to form dipole moments in the fibrous particles. When the aerosol is passed between the electric fields, only the fibrous particles can be separated because the electrostatic attraction acts only on the fibrous particles in which the dipole moment is formed, thereby causing a difference in the mobility of the spherical particles. Since electrostatic attraction occurs in both uniform and non-uniform electric fields, the electric field for generating the difference in mobility may be non-uniform or uniform.

이때, 전기적 중화과정을 거친 경우에도 일부 입자는 전하를 띌 수 있으므로, 중화되지 않은 입자를 제거하는 단계를 더 추가하는 것이 바람직하다.
In this case, some particles may be charged even when undergoing electrical neutralization, it is preferable to further add a step of removing the particles that are not neutralized.

본 발명의 다른 실시형태에 의한 섬유형상 입자 분리 시스템은, 에어로졸에 포함된 입자의 하전 상태를 중화하는 에어로졸 중화기; 및 상기 에어로졸 중화기를 거친 에어로졸을 일정 거리 이격된 내부 전극과 외부 전극의 사이로 통과시켜 에어로졸에 포함된 섬유형상의 입자를 분리하는 분류기를 포함하며, 상기 분류기는 상기 두 전극 사이에 불균일한 전기장을 형성하여 섬유형상의 입자에 쌍극자 모멘트를 형성하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 분류기는 두 전극 사이에 균일한 전기장을 형성하여 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자에 정전기적 인력을 가하는 부분을 더 포함하여, 이동도 차이에 의한 분리 효과를 높일 수 있다.Fibrous particle separation system according to another embodiment of the present invention, an aerosol neutralizer for neutralizing the charged state of the particles contained in the aerosol; And a classifier for separating the fibrous particles contained in the aerosol by passing the aerosol through the aerosol neutralizer between the inner electrode and the outer electrode spaced a predetermined distance, wherein the classifier forms a non-uniform electric field between the two electrodes. To form a dipole moment in the fibrous particles. At this time, the classifier may further include a portion for forming a uniform electric field between the two electrodes to apply an electrostatic attraction to the fibrous particles in which the dipole moment is formed, thereby enhancing the separation effect due to the mobility difference.

에어로졸 중화장치(aerosol charge neutralizer)는 에어로졸에 포함된 입자들을 전기적으로 중화시키는 장치이며, 초기에 다양한 대전량 분포를 갖는 입자를 중성인 대전량 분포를 만들어 주는 양극성 확산 하전기이다.An aerosol charge neutralizer is an apparatus that electrically neutralizes particles contained in an aerosol. The aerosol charge neutralizer is a bipolar diffusion discharger that makes particles having various charge quantity distributions neutral.

일반적인 에어로졸 중화장치는 210Po나 241Am과 같은 α-선원이나 85Kr과 같은 β-선원 또는 연질x-선(soft x-ray)을 사용한다. 이들 방사선원이 방출하는 방사선으로 주위 공기 분자들을 이온화시켜 고농도의 이온을 발생시키도록 구성한 다음, 그 내부에 에어로졸을 통과시키면, 초기에 다양하게 하전된 입자들이 고농도의 양이온과 음이온이 존재하는 중화기 내부를 통과하는 과정에서 평형상태의 대전량을 갖게 된다.Common aerosol neutralizers use α-sources such as 210 Po or 241 Am, β-sources such as 85 Kr, or soft x-rays. The radiation emitted by these radiation sources ionizes the surrounding air molecules to generate high concentrations of ions, and then passes through an aerosol therein, whereby variously charged particles initially enter the neutralizer where high concentrations of cations and anions are present. In the process of passing it will have an equilibrium charge.

이러한 에어로졸 중화장치는 에어로졸에 포함된 입자의 하전 상태를 중화하는 것이면 특별하게 제한되지 않으므로 자세한 설명을 생략한다.The aerosol neutralizing device is not particularly limited as long as it neutralizes the charged state of the particles contained in the aerosol, and thus detailed description thereof will be omitted.

이때, 에어로졸 중화장치를 거친 에어로졸 내에 남아 있는 하전입자를 제거하는 수단을 더 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 하전입자 제거 수단은 전기집진기일 수 있다.At this time, it is preferable to further include means for removing the charged particles remaining in the aerosol passed through the aerosol neutralizer, the charge particle removal means may be an electrostatic precipitator.

전기집진기(electro-static precipitator)는 전기력을 이용하여 하전된 입자를 포집하는 장치이며, 일반적인 장치이므로 자세한 설명은 생략한다.Electro-static precipitator is a device for collecting charged particles using an electric force, and since a general device is a detailed description thereof will be omitted.

불균일한 전기장을 형성하기 위하여 분류기는 서로 대향된 상기 내부 전극 표면의 면적보다 상기 외부 전극 내면의 면적이 넓어서 상기 내부 전극과 상기 외부 전극 사이에 불균일한 전기장이 발생하는 부분을 포함하는 구조인 것이 바람직하다. In order to form a non-uniform electric field, the classifier preferably has a structure in which the area of the inner surface of the outer electrode is larger than the area of the inner electrode surface facing each other, and thus includes a portion where a non-uniform electric field is generated between the inner electrode and the outer electrode. Do.

구체적으로 내부 전극은 단면이 외측으로 돌출된 곡선인 곡선부를 포함하며, 이 곡선부에서 내부 전극과 외부 전극의 면적차이에 의해 불균일한 전기장이 형성되는 구조일 수 있다. 내부 전극에 곡선부를 형성하면 내부전극과 일정거리 이격되어 대향된 외부 전극의 면적이 내부 전극의 면적보다 넓기 때문에 불균일한 전기장이 형성된다. 이때, 내부 전극은 단면이 직선인 직선부를 더 포함하며, 이 직선부에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 면적이 같으므로 사이에 균일한 전기장이 형성되는 구조일 수 있다. 내부 전극에 곡선부를 형성하면 내부전극과 일정거리 이격되어 대향된 외부 전극의 면적이 내부 전극의 면적보다 넓기 때문에 불균일한 전기장이 형성된다.Specifically, the inner electrode may include a curved portion having a curved cross section protruding outward, and the curved portion may have a structure in which a non-uniform electric field is formed by the area difference between the inner electrode and the outer electrode. When the curved portion is formed on the inner electrode, a non-uniform electric field is formed because the area of the opposed outer electrode spaced apart from the inner electrode by a predetermined distance is larger than that of the inner electrode. In this case, the inner electrode may further include a straight portion having a straight cross section, and since the area of the inner electrode and the outer electrode are the same in the straight portion, a uniform electric field may be formed therebetween. When the curved portion is formed on the inner electrode, a non-uniform electric field is formed because the area of the opposed outer electrode spaced apart from the inner electrode by a predetermined distance is larger than that of the inner electrode.

다른 형태의 분류기는 상부와 하부에 에어로졸을 유입 또는 유출시키기 위한 상부 유출입구와 하부 유출입구가 형성되고, 내부에 공간이 형성된 외부 전극; 및Another type of classifier includes an external electrode having an upper outlet and a lower outlet inlet for introducing or discharging an aerosol on the top and bottom thereof, and having a space therein; And

상기 외부 전극 내부의 공간에 배치되고, 상기 외부 전극의 내면과 일정 거리 이격된 내부 전극을 포함하여 구성되며, 상기 내부 전극이 옆면이 곡면인 원판 형상이며, 상기 내부 전극의 옆면에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 사이에 불균일한 전기장이 형성되고, 상기 내부 전극의 윗면과 아랫면에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 사이에 균일한 전기장이 형성되는 구조일 수 있다.The inner electrode is disposed in a space inside the outer electrode, and includes an inner electrode spaced apart from the inner surface of the outer electrode by a predetermined distance. The inner electrode has a disk shape having a curved side surface, and the inner electrode is disposed on a side surface of the inner electrode. A non-uniform electric field may be formed between the external electrodes, and a uniform electric field may be formed between the internal electrode and the external electrode on the top and bottom surfaces of the internal electrode.

그리고 본 발명의 다른 실시형태에 의한 섬유형상 입자 계측 시스템은, 상기한 섬유형상 입자 분리 시스템과 이 섬유형상 입자 분리 시스템에서 분리된 섬유형상 입자의 수를 측정하는 입자계수기를 포함한다.
The fibrous particle measurement system according to another embodiment of the present invention includes the fibrous particle separation system and a particle counter for measuring the number of fibrous particles separated in the fibrous particle separation system.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 전기적으로 중립상태인 입자를 포함하는 불균일한 전기장 사이로 통과시킴으로써, 섬유형상의 입자에만 쌍극자 모멘트를 발생시키고 이에 따른 정전기적 이동도의 차이를 이용하여 섬유형상의 입자만을 분리할 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention configured as described above, the dipole moment is generated only in the fibrous particles by passing through a non-uniform electric field including the particles which are electrically neutral, and thus the fibrous particles are utilized by using the difference in electrostatic mobility. Only can separate the effect.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입자 분리 장치의 구조 및 작동방법을 나타내는 정단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 입자 분리 장치에 유입된 에어로졸의 흐름을 나타내는 평단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 입자 분리 장치의 내부에 형성되는 전기장의 모습을 나타내는 정단면도이다.
도 4는 종래의 일반적인 DMA의 구조를 나타내는 도면이다.1 is a front sectional view showing a structure and a method of operating the particle separation device according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan sectional view showing the flow of aerosol introduced into the particle separation device according to the present embodiment.
3 is a front sectional view showing a state of an electric field formed in the particle separation device according to the present embodiment.
4 is a diagram showing the structure of a conventional general DMA.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 섬유형상 입자 분리 시스템의 구조를 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the structure of a fibrous particle separation system according to an embodiment of the present invention.

본 실시예의 섬유형상 입자 분리 시스템은 에어로졸 중화기(100), 전기 집진기(200) 및 분류기(300)를 포함하여 구성되며, 이들은 순서대로 연결되어 섬유형상의 입자를 포함하는 에어로졸이 이들 장치를 순서대로 지나간다.The fibrous particle separation system of the present embodiment includes an aerosol neutralizer 100, an electrostatic precipitator 200, and a classifier 300, which are connected in sequence so that an aerosol containing fibrous particles in order these devices in order. Passing by

에어로졸 중화기(100)는 에어로졸에 포함된 입자들을 전기적으로 중화시키는 장치이며, 초기에 다양한 대전량 분포를 갖는 입자를 중성인 대전량 분포를 만들어 주는 양극성 확산 하전기이다.The aerosol neutralizer 100 is an apparatus for electrically neutralizing the particles contained in the aerosol, and is a bipolar diffusion discharger that initially makes particles having various charge quantity distributions make a neutral charge quantity distribution.

일반적인 에어로졸 중화장치는 210Po나 241Am과 같은 α-선원이나 85Kr과 같은 β-선원 또는 연질x-선(soft x-ray)을 사용한다. 이들 방사선원이 방출하는 방사선으로 주위 공기 분자들을 이온화시켜 고농도의 이온을 발생시키도록 구성한 다음, 그 내부에 에어로졸을 통과시키면, 초기에 다양하게 하전된 입자들이 고농도의 양이온과 음이온이 존재하는 중화기 내부를 통과하는 과정에서 평형상태의 대전량을 갖게 된다.Common aerosol neutralizers use α-sources such as 210 Po or 241 Am, β-sources such as 85 Kr, or soft x-rays. The radiation emitted by these radiation sources ionizes the surrounding air molecules to generate high concentrations of ions, and then passes through an aerosol therein, whereby variously charged particles initially enter the neutralizer where high concentrations of cations and anions are present. In the process of passing it will have an equilibrium charge.

이러한 에어로졸 중화장치는 에어로졸에 포함된 입자의 하전 상태를 중화하는 것이면 특별하게 제한되지 않으므로 자세한 설명을 생략한다.The aerosol neutralizing device is not particularly limited as long as it neutralizes the charged state of the particles contained in the aerosol, and thus detailed description thereof will be omitted.

전기 집진기(200)는 전기력을 이용하여 양 또는 음의 전하를 가지는 하전 입자를 포집하는 장치이며, 에어로졸 중화기(100)를 거친 에어로졸에 남아있는 하전입자를 제거한다. 이를 위하여 전기 집진기(200)에는 고전압을 인가할 수 있는 전원(210)이 연결된다. 전기 집진기는 일반적인 장치이므로 자세한 설명은 생략한다.Electrostatic precipitator 200 is a device for collecting charged particles having a positive or negative charge using an electric force, and removes the charged particles remaining in the aerosol passed through the aerosol neutralizer (100). To this end, the electric dust collector 200 is connected to a power source 210 capable of applying a high voltage. Since the electric dust collector is a general device, a detailed description thereof will be omitted.

분류기(300)는 에어로졸 중화기(100)와 전기 집진기(200)를 지나면서 전기적으로 중성인 입자들만을 포함하는 에어로졸에서 섬유형상의 입자들만을 분리하는 장치이다. 이를 위하여 분류기(300)는 두 개의 전극을 포함하며, 특히 두 개의 전극 사이에 불균일한 전기장을 형성하여 섬유형상의 입자에 쌍극자 모멘트를 형성하는 부분과 두 개의 전극 사이에 균일한 전기장을 형성하여 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자의 이동에 차이를 발생시키는 부분을 포함하여 구성된다.The classifier 300 is a device that separates only fibrous particles from an aerosol including only electrically neutral particles passing through the aerosol neutralizer 100 and the electrostatic precipitator 200. To this end, the classifier 300 includes two electrodes, and in particular, forms a non-uniform electric field between the two electrodes to form a dipole moment in the fibrous particles and a uniform electric field between the two electrodes to form a dipole. It comprises a part which makes a difference in the movement of the fibrous particle in which the moment was formed.

분류기(300)의 구체적인 구조와 분류기(300) 내에서 섬유형상의 입자가 분리되는 과정은 이후에 자세하게 설명하도록 한다.The detailed structure of the classifier 300 and the process of separating the fibrous particles in the classifier 300 will be described in detail later.

분류기(300)에 강력한 전기장을 형성하기 위하여 분류기(300)에는 고전압을 인가할 수 있는 전원(400)이 연결되며, 분류기(300)에 유입되는 에어로졸의 유량을 측정 및 조절하기 위한 유량계(500)가 전기 집진기(200)와 분류기(300)의 사이에 설치된다.
In order to form a strong electric field in the classifier 300, the classifier 300 is connected to a power source 400 capable of applying a high voltage, and a flow meter 500 for measuring and adjusting the flow rate of the aerosol flowing into the classifier 300. Is installed between the electrostatic precipitator 200 and the classifier 300.

도 2는 본 발명에 실시예에 따른 분류기의 구조 및 분리 과정을 나타내는 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the structure and separation process of the classifier according to the embodiment of the present invention.

본 실시예의 분류기는 내부 전극(310)과 그 외부를 둘러싸고 있는 외부 전극(320)을 포함하여 구성된다.The classifier of this embodiment includes an internal electrode 310 and an external electrode 320 surrounding the outside thereof.

내부 전극(310)은 축 대칭인 원판 형상이고 옆면이 곡면이며, 외부 전극(320)은 내부 전극(310)과 일정한 거리 이격되어 내부 전극(310) 둘레에 위치한다. 내부 전극(310)은 전원(400)과 연결되고 외부 전극(320)은 접지되어, 내부 전극(310)에 고전압을 인가하면 내부 전극(310)과 외부 전극(320) 사이의 공간인 분급영역에 전기장이 형성된다.The inner electrode 310 is axially symmetrical disc-shaped and has a curved surface, and the outer electrode 320 is positioned around the inner electrode 310 at a predetermined distance from the inner electrode 310. The internal electrode 310 is connected to the power source 400 and the external electrode 320 is grounded. When a high voltage is applied to the internal electrode 310, the internal electrode 310 is disposed in the classification region, which is a space between the internal electrode 310 and the external electrode 320. An electric field is formed.

도 3은 본 실시예에 따른 분류기의 내부에 형성되는 전기장의 모습을 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing the appearance of an electric field formed in the classifier according to the present embodiment.

내부 전극(310)은 외부 전극(320)과 이격된 거리가 동일하므로, 단면이 직선인 내부 전극(310)의 윗면과 아랫면에서는 두 전극이 대향된 면의 넓이가 같으며, 이는 평행한 두 판이 대향된 것과 같은 형태이므로 균일한 전기장이 발생된다. 그러나 단면이 곡선인 내부 전극의 옆면 부분은 내부 전극(310) 표면의 면적보다 외부 전극(320) 내면의 면적이 더 넓기 때문에 내부 전극(310) 쪽의 전기장이 더 강한 불균일한 전기장을 형성한다.Since the inner electrode 310 has the same distance from the outer electrode 320, the upper and lower surfaces of the inner electrode 310 having a straight cross section have the same width as the two electrodes facing each other, and the two parallel plates Since it is shaped like the opposite, a uniform electric field is generated. However, since the side surface portion of the inner electrode having a curved cross section has a larger area of the inner surface of the outer electrode 320 than the area of the inner electrode 310 surface, the electric field toward the inner electrode 310 forms a stronger non-uniform electric field.

다분산 에어로졸 속에 포함된 섬유상의 입자는 전기장이 불균일한 구간에서 쌍극자 모멘트를 형성하여 전기장의 영향을 받는다.The fibrous particles contained in the polydisperse aerosol are affected by the electric field by forming a dipole moment in the non-uniform electric field.

그리고 내부 전극(310)에 인가되는 전압에 의해 분급영역에 발생하는 전기장의 세기와 방향이 결정된다. 전기장의 세기는 분류 또는 측정의 대상이 입자의 크기에 따라서 조절한다. The strength and direction of the electric field generated in the classification region are determined by the voltage applied to the internal electrode 310. The intensity of the electric field is controlled by the size of the particle that is subject to classification or measurement.

한편, 분류기의 외부 전극(320)에는 분급영역으로 에어로졸이 유입 또는 유출되는 유출입구가 상부와 하부에 각각 형성된다.On the other hand, in the external electrode 320 of the classifier, an outlet inlet through which the aerosol flows into or out of the classification region is formed at the upper and lower portions, respectively.

외부 전극(320)의 상부에 형성된 상부 유출입구(330)는 내부 전극(310)의 대칭축에 가깝게 형성된 상부 내측 유출입구(332)와 상부 내측 유출입구(34)보다 대칭축에서 떨어져서 형성된 상부 외측 유출입구(334)로 구성한다.The upper outlet inlet 330 formed on the upper side of the outer electrode 320 is formed at a symmetric axis than the upper inner outlet 332 and the upper inner outlet 34 formed to be close to the axis of symmetry of the inner electrode 310. It consists of 334.

도 2는 상부 유출입구(330)를 통해서 중화된 분류 대상 에어로졸을 유입시켜 섬유형상의 입자를 분리하는 경우를 나타내며, 이 경우 상부 내측 유출입구(332)로는 보호공기(sheath air)(Qsh)를 유입시키고, 상부 외측 유출입구(334)로는 분류 대상인 다분산 에어로졸(Qpo)을 유입시킨다. 다분산 에어로졸(Qpo)은 다양한 크기와 모양의 입자가 분산된 에어로졸이며 에어로졸 중화기(100)와 전기 집진기(200)를 거치면서 입자들이 전기적으로 중성상태이다.FIG. 2 illustrates a case in which fibrous particles are separated by introducing a neutralized aerosol through the upper outlet inlet 330, and in this case, sheath air (Q sh ) as the upper inner outlet inlet 332. Inflow to the upper outer outlet 334, the polydispersion aerosol (Q po ) to be classified is introduced. The polydispersed aerosol (Q po ) is an aerosol in which particles of various sizes and shapes are dispersed, and the particles are electrically neutral while passing through the aerosol neutralizer 100 and the electrostatic precipitator 200.

그리고 상부 외측 유출입구(334)와 상부 내측 유출입구(332)의 사이에는 차압을 형성하여 축방향의 유체 흐름을 균일하게 유지하는 흐름 균일화 장치(flow straightener)(350)를 설치하여, 보호공기(Qsh)가 분급영역 내에서 균일한 층류 유동(laminar flow)을 하도록 한다. A flow straightener 350 is installed between the upper outer outlet inlet 334 and the upper inner outlet inlet 332 to maintain a uniform fluid flow in the axial direction. Q sh ) ensures a uniform laminar flow in the classification zone.

전기적으로 중성 상태인 다분산 에어로졸(Qpo)은 상부 외측 유출입구(334)로 유입되어, 흐름 균일화 장치(350)를 지나서 균일한 층류 유동을 하는 보호공기(Qsh)와 혼합되고, 혼합된 기체는 균일한 층류 유동으로 내부 전극(310)과 외부 전극(320)의 사이 공간인 분급영역을 이동하게 된다. The electrically dispersed polydispersion aerosol (Q po ) is introduced into the upper outer outlet inlet 334, mixed with the protective air (Q sh ) for a uniform laminar flow through the flow homogenizer 350 and mixed The gas moves through the classification region, which is a space between the inner electrode 310 and the outer electrode 320, with a uniform laminar flow.

혼합된 기체가 내부 전극(310)의 윗면을 따라서 이동하는 동안에는 도 3에 도시된 것과 같이 균일한 전기장 사이를 통과하기 때문에 전기적으로 중화된 입자들은 전기장에 의한 영향을 받지 않는다.While the mixed gas moves along the upper surface of the internal electrode 310, the electrically neutralized particles are not affected by the electric field because they pass between uniform electric fields as shown in FIG. 3.

이렇게 내부 전극(310)의 윗면을 따라 이동한 혼합 기체는 내부 전극(310)의 옆면으로 이동한다. 내부 전극(310)의 옆면은 도 3에 도시된 것과 같이 불균일한 전기장이 형성된 부분이며, 이 부분을 지나면서 폭과 길이의 차이가 큰 섬유형상의 입자(Pf)들만 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 형성된다. 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자는 전기장의 영향을 받으며, 정전기적 인력에 의해서 내부 전극(310) 쪽으로 이동한다.The mixed gas thus moved along the upper surface of the inner electrode 310 moves to the side surface of the inner electrode 310. As shown in FIG. 3, the side of the internal electrode 310 is a portion in which an uneven electric field is formed, and only the dipole moment of the fibrous particles Pf having a large difference in width and length passes through this portion. Is formed. The fibrous particles in which the dipole moment is formed are affected by the electric field and move toward the internal electrode 310 by the electrostatic attraction.

다음으로, 혼합된 기체가 내부 전극(310)의 옆면을 지나서 내부 전극(310)의 아랫면을 따라서 이동하는 동안에는 도 3에 도시된 것과 같이 균일한 전기장 사이를 통과하기 때문에 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자(Pf)와 다른 입자(Ps) 사이에 정전기적 인력에 따른 이동의 차이가 더욱 커진다.Next, while the mixed gas moves through the side surface of the inner electrode 310 along the lower surface of the inner electrode 310, the gas flows through a uniform electric field as shown in FIG. The difference in movement due to electrostatic attraction between the particles Pf and the other particles Ps becomes larger.

그리고 외부 전극(320)의 하부에 형성된 하부 유출입구(340)는 내부 전극(310)의 대칭축 쪽에 가깝게 형성된 하부 내측 유출입구(342)와, 이보다 대칭축에서 먼 위치에 형성된 하부 외측 유출입구(344)로서 구성된다.The lower outlet inlet 340 formed under the outer electrode 320 may include a lower inner outlet 342 formed closer to the axis of symmetry of the inner electrode 310 and a lower outer outlet 344 formed at a position farther from the axis of symmetry. It is configured as.

도 2에 따른 분리 방법에서는, 하부 내측 유출입구(342)로는 섬유형상의 입자(Pf)가 분산된 단분산 에어로졸(Qmo)이 유출되고, 하부 외측 유출입구(344)로 섬유형상 입자를 제외한 입자(Ps)를 포함하는 잔여 에어로졸이 유출(Qex)된다.In the separation method according to FIG. 2, the monodisperse aerosol Q mo in which fibrous particles Pf are dispersed is flowed out into the lower inner outlet inlet 342, and the fibrous particles are excluded from the lower outer outlet inlet 344. Residual aerosol containing particles Ps is effluent Q ex .

이때, 쌍극자 모멘트에 의해 전기장의 영향을 받은 섬유형상의 입자(Pf)는 내부 전극(310)에 근접하여 이동하고, 전기적으로 중성상태를 유지하는 이외의 입자(Ps)들은 전기장의 영향을 받지 않으므로 외부 전극(320)에 근접하여 이동하므로, 분급 영역 내에 가이드(360)를 형성하여 유체의 흐름을 분리하여 섬유형상 입자의 분리 효과를 높일 수 있다. 가이드(360)는 섬유형상의 입자(Pf)가 분산된 기체를 분리할 수 있도록 내부 전극(310)과의 간격이 설정된다.At this time, the fibrous particles Pf affected by the electric field by the dipole moment move closer to the internal electrode 310, and the particles Ps other than the electrically neutral state are not affected by the electric field. Since it moves closer to the external electrode 320, the guide 360 may be formed in the classification region to separate the flow of the fluid to increase the separation effect of the fibrous particles. The guide 360 has a distance from the internal electrode 310 so as to separate the gas in which the fibrous particles Pf are dispersed.

특히, 내부 전극(310) 아래 면의 중심 부분에 안쪽으로 오목한 공간(312)을 형성하고, 가이드(360)가 이 공간에 위치하도록 하면, 오목한 공간(312)과 가이드(360) 사이의 슬릿을 통해 섬유형상의 입자(Pf)가 분산된 에어로졸이 유입되고, 잔여 에어로졸(Qex)은 흐름에 방해를 받지 않는다.
In particular, when the concave space 312 is formed inward in the center portion of the lower surface of the internal electrode 310 and the guide 360 is positioned in this space, the slit between the concave space 312 and the guide 360 is formed. The aerosol in which the fibrous particles Pf are dispersed is introduced, and the remaining aerosol Q ex is not disturbed by the flow.

도면에서 설명하지 않은 부분은 필터(600), 펌프(700), 열교환기(800) 및 유량계(900)이다. 이들은 보호공기를 순환하여 사용하기 위한 구성이며, 일반적으로 사용되는 것이므로 자세한 설명은 생략한다.
Parts not described in the drawings are the filter 600, the pump 700, the heat exchanger 800 and the flow meter 900. These are configurations for circulating and using the protective air, and since they are generally used, detailed descriptions thereof will be omitted.

이상에서는 상부 유출입부로 다분산 에어로졸을 유입시키는 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 하부 유출입부로 다분산 에어로졸을 유입시키는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.In the above, the present invention has been described through an embodiment in which the polydispersed aerosol is introduced into the upper inlet, but the same effect can be obtained when the polydisperse aerosol is introduced into the lower outlet.

그리고 상기한 실시예에 분리된 섬유형상 입자의 수를 측정하는 입자계수기를 추가하여, 대기 중에 포함된 섬유형상 입자의 수를 측정하는 섬유형상 입자 계측 시스템을 구성할 수 있다.
In addition to the above-described embodiment, a particle counter for measuring the number of separated fibrous particles may be added to configure a fibrous particle measuring system for measuring the number of fibrous particles included in the atmosphere.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been described through the preferred embodiments, the above-described embodiments are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes may be made without departing from the technical idea of the present invention. Those of ordinary skill will understand. Therefore, the scope of protection of the present invention should be construed not only in the specific embodiments but also in the scope of claims, and all technical ideas within the scope of the same shall be construed as being included in the scope of the present invention.

1, 310: 내부 전극 2, 320: 외부 전극
6, 360: 가이드 330: 상부 유출입구
340: 하부 유출입구 350: 흐름 균일화 장치
210, 400: 전원 Pf: 섬유형상의 입자
Qpo: 다분산 에어로졸 Qsh: 보호공기
Qex: 잔여 에어로졸 Qmo: 단분산 에어로졸1, 310: internal electrode 2, 320: external electrode
6, 360: guide 330: top outlet
340: lower outlet inlet 350: flow homogenizer
210, 400: power source Pf: fibrous particles
Q po : Polydisperse aerosol Q sh : Protective air
Q ex : Residual aerosol Q mo : Monodisperse aerosol

Claims (9)

섬유 형상의 입자들을 포함한 다양한 입자들이 분포된 에어로졸에서 섬유 형상의 입자들을 분리하는 방법으로서,
에어로졸에 포함된 입자들의 전하상태를 중화하는 단계;
상기 중화된 에어로졸에 남아있는 하전 입자를 제거하는 단계;
상기 중화된 에어로졸을 불균일한 전기장 사이로 통과시켜 섬유 형상의 입자들에만 쌍극자 모멘트를 발생시키는 단계; 및
에어로졸을 전기장 사이로 통과시켜 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유 형상의 입자만을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자의 분리 방법.
A method of separating fibrous particles from an aerosol in which various particles including fibrous particles are distributed,
Neutralizing the state of charge of the particles contained in the aerosol;
Removing charged particles remaining in the neutralized aerosol;
Passing the neutralized aerosol between non-uniform electric fields to generate dipole moments only in fibrous particles; And
Passing the aerosol between the electric field to separate only the fibrous particles in which the dipole moment is formed.
에어로졸에 포함된 입자의 하전 상태를 중화하는 에어로졸 중화기; 및
상기 에어로졸 중화기를 거친 에어로졸을 일정 거리 이격된 내부 전극과 외부 전극의 사이로 통과시켜 에어로졸에 포함된 섬유형상의 입자를 분리하는 분류기를 포함하며,
상기 분류기는 상기 두 전극 사이에 불균일한 전기장을 형성하여 섬유형상의 입자에만 쌍극자 모멘트를 형성하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 섬유형상 입자 분리 시스템.
An aerosol neutralizer for neutralizing the charged state of particles contained in the aerosol; And
It includes a classifier for separating the fibrous particles contained in the aerosol by passing the aerosol through the aerosol neutralizer between the inner electrode and the outer electrode spaced a predetermined distance,
And the classifier includes a portion forming a non-uniform electric field between the two electrodes to form a dipole moment only in the fibrous particles.
청구항 2에 있어서,
상기 분류기가 상기 두 전극 사이에 균일한 전기장을 형성하여 상기 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자에 정전기적 인력을 가하는 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
The method according to claim 2,
And the fractionator forms a uniform electric field between the two electrodes to apply an electrostatic attraction to the fibrous particles on which the dipole moment is formed.
청구항 2에 있어서,
상기 에어로졸 중화기를 통과한 에어로졸에 남은 하전 입자를 제거하는 하전입자 제거 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
The method according to claim 2,
Fibrous particle separation system further comprises a charged particle removal means for removing the charged particles remaining in the aerosol passed through the aerosol neutralizer.
청구항 4에 있어서,
상기 하전입자 제거 수단이 전기집진기인 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
The method of claim 4,
Fibrous particle separation system, characterized in that the charged particle removal means is an electrostatic precipitator.
청구항 2에 있어서,
상기 내부 전극은 단면이 외측으로 돌출된 곡선인 곡선부를 포함하며,
상기 곡선부에서 상기 내부 전극 표면의 면적보다 상기 외부 전극 내면의 면적이 넓어서 상기 내부 전극과 상기 외부 전극의 사이에 불균일한 전기장이 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
The method according to claim 2,
The inner electrode includes a curved portion of the cross section protruding outward,
And a non-uniform electric field is formed between the inner electrode and the outer electrode because the area of the inner surface of the outer electrode is larger than that of the inner electrode surface at the curved portion.
청구항 6에 있어서,
상기 내부 전극은 단면이 직선인 직선부를 더 포함하며,
상기 직선부에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 사이에 균일한 전기장이 형성되고, 상기 곡선부의 분균일한 전기장에 의해 쌍극자 모멘트가 발생한 섬유형상의 입자들이 상기 직선부의 균일한 전기장을 지나면서 정전기적 인력을 받는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
The method of claim 6,
The internal electrode further includes a straight portion having a straight cross section,
In the straight portion, a uniform electric field is formed between the inner electrode and the outer electrode, and the fibrous particles in which the dipole moment is generated by the uniform electric field of the curved portion pass through the uniform electric field of the straight portion. Fibrous particle separation system, characterized in that receiving.
청구항 2에 있어서, 상기 분류기가,
상부와 하부에 에어로졸을 유입 또는 유출시키기 위한 상부 유출입구와 하부 유출입구가 형성되고, 내부에 공간이 형성된 외부 전극; 및
상기 외부 전극 내부의 공간에 배치되고, 상기 외부 전극의 내면과 일정 거리 이격된 내부 전극을 포함하여 구성되며,
상기 내부 전극이 옆면이 곡면인 원판 형상이고,
상기 내부 전극의 옆면에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 사이에 불균일한 전기장이 형성되며,
상기 내부 전극의 윗면과 아랫면에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 사이에 균일한 전기장이 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
The method according to claim 2, wherein the classifier,
An external electrode having upper and lower inlets and lower outlets for introducing or discharging aerosols at upper and lower portions thereof, and having a space therein; And
Is disposed in the space inside the outer electrode, and comprises an inner electrode spaced a predetermined distance from the inner surface of the outer electrode,
The internal electrode is in the shape of a disc having a curved side surface,
On the side surface of the inner electrode, a non-uniform electric field is formed between the inner electrode and the outer electrode,
Fibrous particle separation system, characterized in that a uniform electric field is formed between the inner electrode and the outer electrode on the upper and lower surfaces of the inner electrode.
청구항 2 내지 청구항 8 중에 어느 하나의 섬유형상 입자 분리 시스템; 및
상기 섬유형상 입자 분리 시스템에서 분리된 섬유형상 입자의 수를 측정하는 입자계수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 계측 시스템.The fibrous particle separation system of any one of claims 2 to 8; And
And a particle counter for measuring the number of fibrous particles separated in the fibrous particle separation system.
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