KR101447047B1 - Cascade Impactor for Low Flow Rate with Microchannel and Process of The Same - Google Patents
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Abstract
소량의 유량만으로도 효율적으로 입자를 검출하는 것이 가능한 경우에 적합하며 저가로 대량생산이 가능하며 소형화가 가능하여 휴대성이 우수하도록, 외부와 차단된 상태로 다단으로 구획되어 유체가 저류 및 이동하는 복수의 유동공간이 형성되는 판형상의 본체와, 유동공간을 서로 연결하며 마이크로 또는 나노 단위로 형성되는 복수의 노즐과, 본체의 맨위 상단 유동공간과 연결되며 외부로부터 유체를 공급하는 유입구와, 본체의 맨아래 하단 유동공간과 연결되며 내부의 유체를 외부로 배출하는 유출구와, 노즐의 출구 부분에 인접하여 각각의 유동공간에 설치되고 노즐로부터 분사되는 유체가 충돌한 다음 유동공간의 다른 부분으로 이동하도록 설치되는 복수의 충돌판을 포함하는 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법을 제공한다.It is suitable for the case where particles can be efficiently detected even by a small amount of flow rate and can be mass-produced at a low cost and can be miniaturized, so that the portability and fluidity can be maintained A plurality of nozzles formed in micro or nano units connecting the flow spaces to each other, an inlet connected to the uppermost upper flow space of the main body and supplying fluid from the outside, An outlet that is connected to the lower-end flow space and discharges the internal fluid to the outside, and an outlet disposed in each of the flow spaces adjacent to the outlet portion of the nozzle and configured to move to another portion of the flow space after colliding with the fluid ejected from the nozzle The present invention provides a method for manufacturing a multi-stage impactor having a small channel including a plurality of impingement plates.
Description
본 발명은 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 리소그래피(lithography) 공정을 이용하여 마이크로 또는 나노 단위의 미소 채널을 형성하므로 저가로 대량생산이 가능하며 소형화가 가능하여 휴대성이 우수한 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-stage impactor for a low flow rate having a minute channel and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a multi-stage impactor having a microchannel, The present invention relates to a multi-stage impactor for a low flow rate and a method of manufacturing the same.
최근 대기오염의 문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있으며, 정부의 환경규제 강화에 따라 오염원에서 발생하는 오염입자들의 크기와 특성에 대한 관심이 증가하고 있다. 따라서 효율적이면서 간단하게 이들 오염입자들을 파악하기 위한 방법으로 관성충돌기가 많이 활용되고 있다.Recently, the issue of air pollution has become a serious social problem, and due to the government 's enforcement of environmental regulations, there is an increasing interest in the size and characteristics of pollution particles generated from pollution sources. Therefore, an inertial collider is widely used as a method for efficiently and simply grasping these polluted particles.
관성충돌기는 에어로졸상의 입자들이 가지는 관성력을 이용하여 입자를 크기에 따라 분리하는 장치이며, 다단임팩터, 가상임팩터, 사이클론 등의 종류가 있다.The inertial collider is a device that separates the particles according to their size by using the inertial force of the particles of the aerosol phase, and there are various types such as a multistage impactor, a virtual impactor, and a cyclone.
상기에서 다단임팩터는 간단한 조작으로 높은 입자 분리효율을 가지므로, 용이하게 입자들을 샘플링할 수 있어 널리 사용되고 있다.Since the multi-stage impactor has a high particle separation efficiency by a simple operation, the particles can be easily sampled and widely used.
상기 다단임팩터는 공기 중에 부유하는 입자들을 임팩터 노즐로 주입시켜 에어로졸상의 입자들이 가지는 관성을 이용하여 설계된 노즐 폭과 작동유체의 유량, 노즐과 임팩터와의 거리, 레이놀즈 수 등의 조건에 따라 입자를 크기에 따라 분리 및 샘플링하는 장치이다.The multi-stage impactor injects particles floating in the air into the impactor nozzle to determine the size of the particle according to the designed nozzle width, the flow rate of the working fluid, the distance between the nozzle and the impactor, and the Reynolds number, As shown in FIG.
상기와 같은 다단임팩터에 있어서, 설계시 사용되는 변수에 따라 주입되는 입자들 중에 특정 크기 이상의 입자들은 임팩트 플레이트에 부착되고, 특정 크기 이하의 입자들은 임팩트 플레이트에 부착되지 않고 공기 유동의 유선을 따라 이동하여 외부로 배출되는 원리로 작동이 이루어진다.In the multi-stage impactor, particles of a specific size or larger are attached to the impact plate according to parameters used in designing, and particles having a specific size or smaller are not attached to the impact plate, And is discharged to the outside.
대한민국 등록특허 제10-0426275호, 제10-0536948호 등에는 다단임팩터의 기술이 공개되어 있다.
Korean Patent Nos. 10-0426275 and 10-0536948 disclose techniques of a multi-stage impactor.
*종래 다단임팩터의 경우에는 대기 중의 미세 입자들을 다량으로 샘플링하여 특성을 파악하도록 고유량으로 작동한다. 따라서 장치의 크기가 커지고, 휴대성이 떨어지며, 제조원가가 많이 소요되며, 대량생산에 적합하지 못하다는 문제가 있다.* In the case of the conventional multi-stage impactor, it operates at a high flow rate so as to sample a large amount of fine particles in the air to grasp characteristics. Therefore, the size of the apparatus is increased, the portability is low, the manufacturing cost is high, and the apparatus is not suitable for mass production.
본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 바이오에어로졸 같은 입자들을 검출하고자 하는 경우에는 소량의 유량만으로도 효율적으로 검출하는 것이 가능하다는 점에 착안하여, 리소그래피(lithography) 공정을 이용하여 마이크로 또는 나노 단위의 미소 채널을 형성하므로 저가로 대량생산이 가능하며 소형화가 가능하여 휴대성이 우수한 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 및 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for detecting particles such as bio-aerosol, which can efficiently detect even a small amount of flow, The present invention provides a low-flow multi-stage impactor having a microchannel which is capable of being mass-produced at low cost and capable of miniaturization, and has excellent portability, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터는 외부와 차단된 상태로 다단으로 구획되어 유체가 저류 및 이동하는 복수의 유동공간이 형성되는 판형상의 본체와, 상기 유동공간을 서로 연결하며 마이크로 또는 나노 단위로 형성되는 복수의 노즐과, 상기 본체의 맨위 상단 유동공간에 연결되는 주입 노즐과 연결되며 외부로부터 유체를 공급하는 유입구와, 상기 본체의 맨아래 하단 유동공간과 연결되며 내부의 유체를 외부로 배출하는 유출구와, 상기 노즐의 출구 부분에 인접하여 상기 각각의 유동공간에 설치되고 상기 노즐로부터 분사되는 유체가 충돌한 다음 유동공간의 다른 부분으로 이동하도록 설치되는 복수의 충돌판을 포함하여 이루어진다.A multi-stage impactor for a low flow rate having a minute channel according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plate-shaped main body having a plurality of flow spaces partitioned into a plurality of stages in a state of being blocked from the outside to store and move fluids, An inlet port connected to the injection nozzle connected to the uppermost upper flow space of the main body and connected to the lower lower end flow space of the main body, A plurality of impingement plates disposed in the respective flow spaces adjacent to the outlet portions of the nozzles and installed to move to other portions of the flow space after the fluid ejected from the nozzles collides, .
상기 본체는 바닥을 이루는 기판과, 상기 기판과 일정 간격을 두고 위치하는 덮개판과, 상기 기판과 덮개판 사이를 채우며 상기 복수의 유동공간을 구획하여 형성하는 측벽부를 포함하여 이루어진다.The main body includes a substrate forming a bottom, a cover plate positioned at a certain distance from the substrate, and a side wall part filling the gap between the substrate and the cover plate and defining the plurality of flow spaces.
상기 덮개판에는 상기 유입구와 연통하는 공급구멍을 형성하고, 상기 기판에는 상기 유출구와 연통하는 배출구멍을 형성한다.A supply hole communicating with the inlet port is formed in the cover plate, and a discharge hole communicating with the outlet port is formed in the substrate.
상기 복수의 노즐은 맨위 상단 유동공간쪽으로부터 맨아래 하단 유동공간쪽으로 갈수록 각 단계마다 단계적으로 단면적의 크기가 감소하도록 형성한다.The plurality of nozzles are formed such that the cross-sectional area of the nozzles gradually decreases in stages from the uppermost flow space toward the lowest lower flow space.
상기 충돌판은 상기 본체의 기판에 설치하는 것도 가능하고, 상기 본체의 덮개판에 설치하는 것도 가능하다.The impingement plate may be provided on the substrate of the main body, or may be provided on the cover plate of the main body.
상기 본체는 기판과 측벽부 및 덮개판을 일체로 형성하는 것도 가능하고, 상기 기판과 덮개판을 분리 및 결합이 가능한 형태로 구성하는 것도 가능하다.The main body may be formed integrally with the substrate, the side wall portion, and the cover plate, or may be configured in such a manner that the substrate and the cover plate can be separated and combined.
상기에서 유동공간, 복수의 노즐, 유입구, 배출구, 복수의 충돌판은 리소그래피(lithography) 공정을 사용하여 형성한다.Wherein the flow space, the plurality of nozzles, the inlet, the outlet, and the plurality of impingement plates are formed using a lithography process.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법은 기판에 리소그래피(lithography) 공정을 사용하여 유동공간과 복수의 노즐, 유입구, 배출구를 형성하고, 그 위에 덮개판을 기판과 일체로 결합하는 과정을 포함하여 이루어진다.A method for manufacturing a multi-stage impactor having a small channel according to an embodiment of the present invention includes forming a plurality of nozzles, an inlet and an outlet by using a lithography process on a substrate, And a process of integrally combining the two.
상기에서 리소그래피 공정으로는 마이크로컨택 프린팅(microcontact printing), 나노트랜스퍼 프린팅(nanotransfer printing), 데칼 트랜스퍼 리소그래피(Decal transfer lithography), 나노임프린팅 리소그래피(nanoimprinting lithography) 등의 소프트 리소그래피(soft-lithography) 기술을 적용하는 것도 가능하다.The lithography process may include soft-lithography techniques such as microcontact printing, nanotransfer printing, decal transfer lithography, and nanoimprinting lithography. It is also possible to apply it.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법은 기판에 감광성 고분자를 도포하고, 코팅된 감광성 고분자에 대하여 소프트 베이킹(soft-baking)을 행하고, 유동공간과 복수의 노즐, 유입구 및 유출구 등에 대한 패턴을 갖는 마스크를 이용하여 노광(exposure)을 행하고, 현상(develop)을 행하여 유동공간과 복수의 노즐, 유입구 및 유출구 등에 해당하는 부분의 감광성 고분자를 제거하고, 남아 있는 측벽부를 이루는 감광성 고분자에 대하여 하드 베이킹(hard-baking)을 행하고, 측벽부 위에 덮개판을 덮어 상기 기판과 일체로 결합하는 과정을 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a multi-stage impactor having a small channel for a low flow rate, the method comprising: coating a photosensitive polymer on a substrate; soft- Exposure is performed using a mask having a pattern for an inlet port and an outlet port and development is performed to remove a photosensitive polymer in a part corresponding to the flow space and a plurality of nozzles, inlets and outlets, And performing a hard-baking process on the photosensitive polymer forming the part and covering the cover plate on the side wall part and integrally bonding the cover plate to the substrate.
본 발명의 실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 및 그 제조방법에 의하면, 리소그래피(lithography) 공정을 사용하여 노즐을 형성하므로, 마이크로 또는 나노 단위의 단면을 갖는 미소채널로 노즐을 형성하는 것이 가능하고, 저유량에서도 효과적으로 입자들을 포집하는 것이 가능하다. 특히 바이오에어로졸 검출 분야에서 유용하게 사용하는 것이 가능하다.According to the low-flow multi-stage impactor having a microchannel and the method of manufacturing the same according to the embodiment of the present invention, since the nozzle is formed using a lithography process, a nozzle is formed by a microchannel having a micro or nano unit cross section And it is possible to collect particles effectively even at a low flow rate. Especially, it can be used effectively in the field of bio-aerosol detection.
또 본 발명의 실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 및 그 제조방법에 의하면, 리소그래피(lithography) 공정을 사용하여 제조하므로, 저가로 대량생산하는 것이 가능하며, 소형화가 가능하여 휴대성이 우수한 다단임팩터를 제공하는 것이 가능하다.According to the low-flow multi-stage impactor having a small channel and the method of manufacturing the same according to the embodiment of the present invention, since the multi-stage impactor is manufactured using a lithography process, it can be mass-produced at low cost, It is possible to provide this excellent multi-stage impactor.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 및 그 제조방법에 의하면, 상기 본체를 기판과 덮개판으로 분리하여 구성하고 상기 덮개판에 충돌판을 설치할 수 있으므로, 상기 충돌판에 포집된 입자들을 덮개판을 기판으로부터 분리한 다음 샘플링하는 것이 가능하며, 샘플링작업을 매우 효율적으로 행하는 것이 가능하다.According to the low-flow multi-stage impactor having a small channel and the method of manufacturing the same according to the embodiment of the present invention, since the main body is divided into the substrate and the cover plate and the impact plate can be installed on the cover plate, It is possible to separate the trapped particles from the substrate and then to sample the cover plate, and it is possible to perform the sampling operation very efficiently.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터를 사용하여 PSL 입자(Polystyrene late particle) 검출을 행한 경우 맨위 상단 유동공간에 설치된 충돌판에 입자가 포집되는 효율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터를 사용하여 PSL 입자(Polystyrene late particle) 검출을 행한 경우 두번째 유동공간에 설치된 충돌판에 입자가 포집되는 효율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터를 사용하여 황산암모늄(ammonium sulfate) 검출을 행한 경우 맨아래 하단 유동공간에 설치된 충돌판에 입자가 포집되는 효율을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터를 사용하여 PSL 입자(Polystyrene late particle) 검출을 행한 경우 충돌판에 포집되는 입자를 촬영한 사진의 확대 이미지이다.1 is a perspective view showing a multi-stage impactor for a low flow rate having a microchannel according to a first embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view showing a multi-stage impactor for a low flow rate having a microchannel according to a first embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view showing a multi-stage impactor for a low flow rate having a microchannel according to a second embodiment of the present invention.
4 is a flowchart showing a method for manufacturing a multi-stage impactor for a low flow rate having a microchannel according to a third embodiment of the present invention.
5 is a process diagram showing a method for manufacturing a multi-stage impactor for a low flow rate having a microchannel according to a third embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the efficiency in collecting particles on the impact plate installed in the uppermost upper flow space when PSL particles (polystyrene late particles) are detected using a multi-stage impactor having a small channel having a small channel according to the first embodiment of the present invention FIG.
FIG. 7 is a graph showing the efficiency of collecting particles on a collision plate installed in a second flow space when PSL particles (polystyrene late particles) are detected by using a multi-stage impactor for a low flow rate having a small channel according to the first embodiment of the present invention. Graph.
FIG. 8 is a graph showing the efficiency in collecting particles on the impact plate installed in the lower-end flow space when ammonium sulfate is detected using a multi-stage impactor with a small channel having a small channel according to the first embodiment of the present invention FIG.
FIG. 9 is an enlarged view of a photograph of particles captured on a collision plate when PSL particles (Polystyrene late particles) are detected by using a multi-stage impactor having a small channel having a minute channel according to the first embodiment of the present invention.
다음으로 본 발명에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러가지 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이하에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, preferred embodiments of a multi-stage impactor with a microchannel according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the drawings. The present invention can be embodied in various forms and is not limited to the embodiments described below.
이하에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복적인 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like numerals refer to like elements throughout.
먼저 본 발명의 제1실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 판형상의 본체(10)와, 복수의 충돌판(40)을 포함하여 이루어진다.First, as shown in FIGS. 1 and 2, a multi-stage impactor having a small channel according to the first embodiment of the present invention includes a plate-shaped
상기 본체(10)에는 외부와 차단된 상태로 다단으로 구획되어 유체가 저류 및 이동하는 복수의 유동공간(13), (14), (15)이 형성된다.A plurality of
상기 본체(10)는 바닥을 이루는 기판(12)과, 상기 기판(12)과 일정 간격을 두고 위치하는 덮개판(18)과, 상기 기판(12)과 덮개판(18) 사이를 채우며 상기 복수의 유동공간(13), (14), (15)을 구획하여 형성하는 측벽부(20)를 포함하여 이루어진다.The
상기 본체(10)에는 상기 측벽부(20)에 의하여 상기 복수의 유동공간(13)을 서로 연결하는 복수의 노즐(24), (25)이 형성된다.The
그리고 상기 본체(10)에는 상기 측벽부(20)에 의하여 맨위 상단 유동공간(13)에 연결되는 주입 노즐(23)과 연결되며 외부로부터 유체를 공급하는 유입구(33)가 형성된다.The
상기 주입 노즐(23) 및 각 노즐(24), (25)은 소프트 리소그래피 공정을 사용하여 마이크로 또는 나노 단위로 형성한다.The
상기 주입 노즐(23) 및 각 노즐(24), (25)은 맨위 상단 유동공간(13)쪽으로부터 맨아래 하단 유동공간(15)쪽으로 갈수록 각 단계마다 단계적으로 단면의 크기가 감소하도록 형성한다.The
또 상기 본체(10)에는 상기 측벽부(20)에 의하여 맨아래 하단 유동공간(15)과 연결되며 내부의 유체를 외부로 배출하는 유출구(36)가 형성된다.The
상기 유출구(36)와 맨아래 하단 유동공간(15)은 상기 주입 노즐(23) 및 각 노즐(24), (25)보다 단면적의 크기가 큰 상태로 형성되는 유출로(35)를 통하여 서로 연결된다.The
상기 유출로(35)는 맨아래 하단 유동공간(15)으로 유입된 유체가 용이하게 배출될 수 있도록 상기 주입 노즐(23) 및 각 노즐(24), (25)보다 큰 단면을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.The
상기 덮개판(18)에는 상기 유입구(33)와 연통하는 공급구멍(19)을 형성하고, 상기 기판(12)에는 상기 유출구(36)와 연통하는 배출구멍(16)을 형성한다.The
또는 상기 배출구멍(16)을 덮개판(18)에 형성하고, 상기 기판(12)에 공급구멍(19)을 형성하는 것도 가능하다.Alternatively, the
그리고 상기 덮개판(18)에 공급구멍(19)과 배출구멍(16)을 모두 형성하는 것도 가능하고, 상기 기판(12)에 공급구멍(19)과 배출구멍(16)을 모두 형성하는 것도 가능하다.It is also possible to form both the
상기 충돌판(40)은 상기 주입 노즐(23) 및 각 노즐(24), (25)의 출구 부분에 인접하여 상기 각각의 유동공간(13), (14), (15)에 설치되고 상기 주입 노즐(23) 및 각 노즐(24), (25)로부터 분사되는 유체가 충돌한 다음 유동공간(13), (14), (15)의 다른 부분으로 이동하도록 설치된다.The
상기 충돌판(40)은 상기 본체(10)의 기판(12)에 설치하는 것도 가능하다.The
상기 충돌판(40)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 본체(10)의 덮개판(18)에 설치하는 것도 가능하다.The
상기 본체(10)는 기판(12)과 측벽부(20) 및 덮개판(18)을 일체로 고정되는 형태로 구성하는 것도 가능하다.The
상기 본체(10)는 상기 기판(12)과 덮개판(18)을 분리 및 결합이 가능한 형태로 구성하는 것도 가능하다.The
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기에서 기판(12)과 덮개판(18)을 분리가능한 형태로 구성하는 경우에는 상기 덮개판(18)에 충돌판(40)을 형성하는 것이, 충돌판(40)에 포집된 입자들을 효과적으로 수집할 수 있으므로 바람직하다.3, when the
상기에서 기판(12)과 덮개판(18)을 분리가능한 형태로 구성하는 경우에는 덮개판(18)을 기판(12)과 결합시킨 경우에 수밀과 기밀이 유지되도록, 패킹이나 클립 등을 사용하여 강고한 결합을 유지시키도록 구성하는 것이 바람직하다.In the case where the
상기와 같이 덮개판(18)을 분리가능하게 구성하고, 덮개판(18)에 충돌판(40)을 형성하는 경우에는 덮개판(18)을 카트리지 형태로 구성하여, 덮개판(18)만을 교체하는 것으로 용이하게 반복하여 입자를 검출하는 것이 가능하다.When the
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터는 상기 공급구멍(19)을 통하여 입자가 함유된 유체가 강제로 유입됨에 따라, 유입된 유체는 상기 주입 노즐(23)을 통과하면서 상기 주입 노즐(23)을 끝부분에서 분사되어 맨위 상단 유동공간(13)에 설치된 충돌판(40)에 충돌하게 되고, 입자의 일부가 충돌판(40)에 부착되어 포집된다.In the multistage impactor for a low flow rate having a minute channel according to the embodiment of the present invention configured as described above, the fluid containing particles is forcibly introduced through the
상기와 같이 충돌판(40)에 충돌한 유체는 충돌판(40)과 유동공간(13)을 형성하는 측벽부(20) 사이의 공간을 따라 이동하게 되고, 유동공간(13)을 통과하여 다음에 형성된 노즐(24)을 통과하여 다음의 유동공간(14)으로 이동하게 되며, 동일한 과정으로 두번째 유동공간(14)에 설치된 충돌판(40)에 일부의 입자가 포집되고, 유체는 다시 유동공간(14)을 통과하여 다음 노즐(25)을 통과하여 다음의 유동공간(15)으로 이동하게 된다.The fluid impinging on the
상기와 같이 각 유동공간(13), (14), (15)을 향하여 주입 노즐(23) 및 각 노즐(24), (25)로부터 분사되어 각 충돌판(40)에 충돌함에 따라 입자가 순차적으로 포집되고, 맨아래 하단 유동공간(15)을 통과한 유체는 유출로(35)와 유출구(36)를 거쳐 배출구멍(16)을 통하여 외부로 배출된다.As described above, when the particles are injected from the
상기에서 배출구멍(16)과 연결하여 흡입펌프(도면에 나타내지 않음)를 설치하거나, 상기 공급구멍(19)과 연결하여 송풍기 또는 가압펌프(도면에 나타내지 않음)를 설치하는 것에 의하여, 입자가 포함된 유체가 공급구멍(19)으로부터 배출구멍(16)으로의 강제적인 흐름이 형성되도록 구성하는 것이 가능하다.By providing a suction pump (not shown) connected to the
상기와 같은 과정을 거쳐 일정 유량에 대하여 입자의 검출을 완료한 다음에는 상기 공급구멍(19)으로 세척액을 주입하여 충돌판(40)에 대한 세척을 행한 다음, 건조시키고 재사용하는 것이 가능하다.After completion of the detection of the particles with respect to a predetermined flow rate through the above process, it is possible to clean the
다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단입팩터를 제조하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법에 대하여 설명한다.Next, a method for manufacturing a low-flow multi-stage impactor having a small channel according to another embodiment of the present invention for manufacturing a multi-stage multi-stage inlet factor having a small channel according to an embodiment of the present invention will be described. Explain.
예를 들면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법은 상기 기판(12)에 리소그래피(lithography) 공정을 사용하여 유동공간(13), (14), (15)과 복수의 노즐(23), (24), (25), 유입구(33), 배출구(36)를 형성하고, 그 위에 덮개판(18)을 기판(12)과 일체로 결합하는 과정을 포함하여 이루어진다.For example, according to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a multistage impactor for a low flow rate having a microchannel, comprising the steps of: applying a lithography process to the
상기에서 리소그래피 공정으로는 마이크로컨택 프린팅(microcontact printing), 나노트랜스퍼 프린팅(nanotransfer printing), 데칼 트랜스퍼 리소그래피(Decal transfer lithography), 나노임프린팅 리소그래피(nanoimprinting lithography) 등의 소프트 리소그래피(soft-lithography) 기술을 적용하는 것도 가능하다.The lithography process may include soft-lithography techniques such as microcontact printing, nanotransfer printing, decal transfer lithography, and nanoimprinting lithography. It is also possible to apply it.
그리고 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 기판(12)에 감광성 고분자(52)를 코팅하는 단계(S10)와, 코팅된 감광성 고분자(52)에 대하여 소프트 베이킹(soft-baking)을 행하는 단계(S20)와, 유동공간(13), (14), (15)과 복수의 노즐(23), (24), (25), 유입구(33) 및 유출구(36) 등에 대한 패턴을 갖는 마스크(60)를 이용하여 노광(exposure)을 행하는 단계(S30)와, 현상(develop)을 행하여 유동공간(13), (14), (15)과 복수의 노즐(23), (24), (25), 유입구(33) 및 유출구(36) 등에 해당하는 부분의 감광성 고분자(52)를 제거하는 단계(S40)와, 남아 있는 측벽부(20)를 이루는 감광성 고분자(52)에 대하여 하드 베이킹(hard-baking)을 행하는 단계(S50)와, 측벽부(20) 위에 덮개판(18)을 덮어 상기 기판(12)과 일체로 결합하는 단계(S60)를 포함하여 이루어진다.4 and 5, a method of manufacturing a multi-stage impactor having a microchannel according to yet another embodiment of the present invention includes steps S10 and S10 of coating a
상기에서 감광성 고분자(52)의 코팅은 스핀 코팅(spin coating) 등의 방법을 사용하여 행하는 것이 가능하다.The coating of the
상기에서 기판(12)에 코팅된 감광성 고분자(52)에 소프트 베이킹을 행하면, 용제가 증발되면서 감광성 고분자(52)의 건조가 이루어지고, 접착도가 향상되며, 열에 의한 어닐링(annealing) 효과로 응력이 완화된다.When the
상기에서 1회의 스핀 코팅에 의하여 얻어지는 감광성 고분자(52)층의 두께가 설정된 높이보다 낮을 경우에는 상기 코팅하는 단계(S10)와 소프트 베이킹을 행하는 단계(S20)를 수회 반복하여 수행하는 것도 가능하다.When the thickness of the
상기에서 감광성 고분자(52)에 대하여 노광을 행하면, 마스크(60)의 패턴에 따라 제거될 부분(예를 들면, 유동공간(13), (14), (15), 복수의 노즐(23), (24), (25), 유입구(33), 유출구(36) 등)은 결합력이 약해지게 되고, 현상과정을 통하여 해당 부분(결합력이 약해진 부분)의 감광성 고분자(52)을 제거하는 것으로 측벽부(20)를 형성하게 된다.When the
상기에서 하드 베이킹을 행하면, 남아있는 측벽부(20)의 조직이 단단하게 되며, 기판(12)에 대한 접착도가 증가된다.When hard baking is performed as described above, the remaining
상기에서 충돌판(40)을 덮개판(18)에 형성하는 경우에는 덮개판(18)에 감광성 고분자를 도포하고, 소프트 베이킹, 노광, 현상, 하드 베이킹 과정을 순차적으로 행하여 덮개판(18)에 충돌판(40)을 형성하는 것도 가능하다.When the
상기에서 복수의 노즐(23), (24), (25)은 미크론단위 또는 나노단위의 단면을 갖는 미소채널로 형성한다.The plurality of
상기 복수의 노즐(23), (24), (25)은 상기 유입구(33)로부터 맨위 상단 유동공간(13)으로 연결되는 주입 노즐(23)로부터, 맨위 상단 유동공간(13)과 다음 유동공간(14)을 연결하는 노즐(24) 및 유동공간(14)과 맨아래 하단 유동공간(15)을 연결하는 노즐(25)로 갈수록 단면의 크기가 단계적으로 감소하는 형태로 제조한다.The plurality of
도 6 내지 도 9에는 상기와 같은 과정을 거쳐 제조되는 본 발명의 일실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터를 이용하여 에어로졸의 입자를 검출하는 포집효율곡선(collection efficiency curve)을 나타낸다.6 to 9 show collection efficiency curves for detecting aerosol particles using a low flow multi-stage impactor having a microchannel according to an embodiment of the present invention manufactured through the process described above .
상기 포집효율곡선은 입자의 분리 효율을 나타내는 곡선으로, 입자가 가지는 크기(예를 들면, aerodynamic diameter)에 따라 입자가 충돌판(40)에 부착되는 효율을 나타내는 그래프이다.The collection efficiency curve is a curve showing the separation efficiency of particles, and is a graph showing the efficiency of attaching the particles to the
도 6에는 맨위 상단 유동공간(13)에 설치된 충돌판(40)에 포집되는 입자의 분리 효율을 나타내며, 도 7에는 두번째 유동공간(14)에 설치된 충돌판(40)에 포집되는 입자의 분리 효율을 나타내며, 도 8에는 맨아래 하단 유동공간(15)에 설치된 충돌판(40)에 포집되는 입자의 분리 효율을 나타낸다.6 shows the separation efficiencies of the particles collected in the
도 6 내지 도 8에 있어서, 가로축은 충돌판(40)에 포집된 입자의 크기(Aerodynamic diameter)를 나타내고, 세로축은 포집효율(Collection efficiency)을 나타낸다.6 to 8, the abscissa represents the particle diameter (Aerodynamic diameter) captured on the
도 6을 보면, 절단경(cutpoint)이 1㎛ 부근(실험값으로는 1.15㎛)에서 입자들의 50% 이상이 충돌판(40)에 부착되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that at least 50% of the particles adhere to the
도 7 및 도 8을 보면, 각각의 그래프에서 절단경이 0.5㎛, 0.25㎛ 부근(실험값으로는 048㎛, 0.24㎛)에서 입자의 50% 이상이 충돌판(40)에 부착되는 것을 확인할 수 있으며, 종래의 다단임팩터 수준의 분리정밀도(sharpness of collection efficiency)를 가지는 것을 확인할 수 있다.7 and 8, it can be seen that at least 50% of the particles adhere to the
도 6 내지 도 8에 있어서, 내부가 검게 채워진 사각형은 다단임팩터의 내부 (예를 들면, 유동공간(13), (14), (15) 및 충돌판(40) 등)를 점성력을 가지고 있는 액체(예를 들면, 실리콘 오일) 등으로 코팅한 경우의 포집 효율을 나타내는 것이고, 내부가 빈 사각형은 코팅하지 않은 경우의 포집 효율을 나타내는 것이다.6 to 8, a quadrangle filled with black inside is used as a liquid for viscous liquid (for example, the
도 6 내지 도 8을 보면, 코팅한 경우에 코팅하지 않은 경우에 비하여 절단경이 큰 입자들이 충돌판(40)에 부착되는 효율이 크게 향상됨을 확인할 수 있다.6 to 8, it can be seen that the efficiency of attaching the particles having a large cutting force to the
도 9에는 상기 충돌판(40)에 부착된 입자들을 촬영한 사진의 이미지를 나타낸다.Fig. 9 shows an image of a photograph of particles attached to the
도 9로부터 확인되는 바와 같이, 입자의 크기가 1.5㎛ 이하의 아주 미세한 입자들이 포집됨을 알 수 있다.As can be seen from FIG. 9, it can be seen that very fine particles having a particle size of 1.5 μm or less are trapped.
도 6 내지 도 9로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법에 의하여 제조되는 다단임팩터를 사용하여 바이오에어로졸 검출을 행하면, 미크론 또는 나노 크기의 입자들을 효과적으로 검출하는 것이 가능하다.6 to 9, when the bio-aerosol detection is performed using the multi-stage impactor manufactured by the multi-stage impactor manufacturing method for a low flow rate having a microchannel according to the embodiment of the present invention, micron or nano- It is possible to detect them effectively.
상기에서는 본 발명에 따른 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.While the preferred embodiments of the present invention have been described for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. It is possible to carry out the modification, and this is also within the scope of the present invention.
10 - 본체, 12 - 기판, 13,14,15 - 유동공간, 16 - 배출구멍, 18 - 덮개판
19 - 공급구멍, 20 - 측벽부, 23 - 주입 노즐, 24,25 - 노즐, 33 - 유입구
35 - 유출로, 36 - 유출구, 40 - 충돌판10 - body, 12 - substrate, 13,14,15 - flow space, 16 - discharge hole, 18 - cover plate
19 - feed hole, 20 - side wall portion, 23 - injection nozzle, 24,25 - nozzle, 33 - inlet
35 - Outflow path, 36 - Outlet, 40 - Collision plate
Claims (9)
코팅된 감광성 고분자에 대하여 소프트 베이킹을 행하고,
다단으로 구획된 복수의 유동공간과 복수의 노즐, 유입구 및 유출구에 대한 패턴을 갖는 마스크를 이용하여 노광을 행하고,
현상을 행하여 다단으로 구획된 복수의 유동공간과 상기 유동공간을 연결하는 복수의 노즐, 외부로부터 유체가 유입되는 유입구 및 내부의 유체를 외부로 배출하는 유출구에 해당하는 부분의 감광성 고분자를 제거하고,
남아 있는 감광성 고분자에 대하여 하드 베이킹을 행하여 측벽부를 형성하고,
측벽부 위에 덮개판을 덮어 상기 기판과 일체로 결합하는 과정을 포함하며,
상기 복수의 노즐은 마이크로 또는 나노 단위의 미소채널로 형성하고,
상기 유출구와 맨아래 하단 유동공간은 상기 각 노즐보다 단면적의 크기가 큰 유출로를 통하여 서로 연결되도록 형성하는 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법.A photosensitive polymer is applied to a substrate,
The coated photosensitive polymer was subjected to soft baking,
Exposure is performed using a plurality of flow spaces partitioned into multiple stages and a mask having a pattern for a plurality of nozzles, an inlet and an outlet,
A plurality of nozzles connecting the plurality of flow spaces partitioned by the plurality of stages and the flow space, an inlet port through which the fluid flows from the outside, and a portion corresponding to the outlet port through which the fluid inside is discharged to the outside,
The remaining photosensitive polymer is subjected to hard baking to form side walls,
And covering the side wall portion with a cover plate to integrally join with the substrate,
Wherein the plurality of nozzles are formed as microchannels of micro or nano units,
Wherein the outlet and the lower end lower flow space are connected to each other through an outflow passage having a larger sectional area than the respective nozzles.
상기 복수의 노즐은 맨위 상단 유동공간쪽으로부터 맨아래 하단 유동공간쪽으로 갈수록 각 단계마다 단계적으로 단면적의 크기가 감소하도록 형성하는 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of nozzles have a microchannel formed in such a manner that the size of the cross-sectional area is gradually decreased step by step for each step from the uppermost upper end flow space toward the lower lower end flow space.
상기 덮개판에는 상기 유입구와 연통하는 공급구멍을 형성하고, 상기 기판에는 상기 유출구와 연통하는 배출구멍을 형성하는 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the cover plate is provided with a supply hole communicating with the inlet, and the substrate has a microchannel forming a discharge hole communicating with the outlet.
상기 덮개판에 상기 유입구와 연통하는 공급구멍 및 상기 유출구와 연통하는 배출구멍을 형성하는 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법.The method according to claim 1,
And a microchannel forming a feed hole communicating with the inlet port on the cover plate and a discharge port communicating with the outlet port.
상기 각 노즐의 출구 부분에 인접하여 상기 각각의 유동공간에 충돌판을 상기 측벽부와 동일한 과정으로 형성하는 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the impingement plate is formed in the flow space adjacent to the outlet portion of each nozzle by the same process as that of the side wall portion.
상기 충돌판은 덮개판에 설치하고,
상기 덮개판을 상기 기판과 분리 가능하게 결합시키는 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법.The method of claim 7,
The impact plate is installed on the cover plate,
Wherein the cover plate is removably coupled to the substrate.
상기 충돌판을 점성이 있는 액체로 코팅하는 미소채널을 갖는 저유량용 다단임팩터 제조방법.The method of claim 7,
Wherein the impingement plate is coated with a viscous liquid.
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