KR101593032B1 - 입자 분급장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 입자 분급장치는, 기둥형상의 내부전극; 상기 내부전극과 이격되어 상기 내부전극을 둘러싸도록 배치되며, 상기 내부전극과 상호작용에 의해 전기장을 발생시키는 외부전극; 상기 내부전극과 상기 외부전극 사이의 이격공간으로 에어로졸 입자를 공급하는 에어로졸 공급부; 및 상기 이격공간으로 공기를 공급하는 공기 공급부; 를 포함하며, 상기 외부전극은 상하 방향으로 적층되어 연결되는 복수 개의 전극링으로 형성되며, 상기 에어로졸 입자는 이웃하는 두 개의 상기 전극링 사이를 통해 외부로 배출될 수 있다. 본 발명에 의한 입자 분급장치는, 에어로졸의 유동경로를 짧게 제작하더라도 에어로졸의 입자를 크기별로 분류하여 포집할 수 있어 효율적인 한편 종래보다 빠른 시간에 입자의 발생량과 크기 및 분포를 파악할 수 있어 입자의 분급 신뢰성이 향상될 수 있다.
Description
본 발명은 입자 분급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기장이 인가되었을 때 입자의 크기에 따라 이동도가 상이해지는 현상을 이용하여 입자를 크기별로 분급할 수 있는 입자 분급장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 생산 공정의 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. 또한, 최근에는 나노미터 내지 마이크로미터 크기의 구조를 가지는 입자를 사용하는 기술이 발전하면서, 초미세 입자를 측정하는 것에서 나아가 크기 별로 분류하는 기술이 연구의 기본조건이 되고 있다.
이렇듯 입자를 측정, 평가 및 분류하는 기술에 대한 요구가 여러 방면에서 증가하고 있으며, 최근 들어서는 정전기력에 의한 입자의 이동도 차이를 이용하여 입자를 분류하는 전기적 입자 분급장치(DMA, different mobility analyzer)에 대해 활발한 개발이 이루어지고 있다.
이때, 통상의 DMA는 에어로졸의 입자 크기 분포를 측정하기 위하여 전압을 스캐닝(scanning)하는 방법을 이용하도록 구성되어 있는데, 일반적으로 스캐닝 시간은 약 2분 정도 소요되므로 입자 분급에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 대기오염물질 배출에 관한 연구를 할 경우, 특히, 디젤에서 발생되는 매연의 경우 매우 빠른 시간으로 매연의 크기 및 농도가 수시로 변하므로 기존의 DMA를 이용한 매연의 배출 특성을 측정하기에는 거의 불가능하다. 이에 대한 대안으로 제시된 것이 다중 입자 분급장치(MDMA : Multi-stage Differential Mobility Analyzer) 이다. 이러한 MDMA는 에어로졸 유동방향을 따라 원통형의 고전압 전극과, 이에 인접한 여러 개의 포트(stage)를 설치하여 에어로졸 유동경로 초입에서는 비교적 크기가 작은 입자가 포집되도록 구성되는바, 스캐닝 시간을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 상기와 같은 MDMA는, 크기가 큰 입자까지 모두 포집하기 위해서는 에어로졸 유동경로가 매우 길게 확보되어야 하므로, 전체 장치의 크기가 매우 커져 비효율적이라는 단점이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 인가되는 전압을 증대시키는 방법에 제안된 바 있으나, 인가전압이 높아지면 크기가 큰 입자도 에어로졸 유동경로의 초입에서 포집될 수 있으므로 입자의 분급 신뢰성이 낮아진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 에어로졸의 유동경로를 짧게 제작하더라도 에어로졸의 입자를 크기별로 분류하여 포집할 수 있어 효율적인 한편 종래보다 빠른 시간에 입자의 발생량과 크기 및 분포를 파악할 수 있어 입자의 분급 신뢰성이 향상될 수 있는 입자 분급장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 입자 분급장치는, 기둥형상의 내부전극; 상기 내부전극과 이격되어 상기 내부전극을 둘러싸도록 배치되며, 상기 내부전극과 상호작용에 의해 전기장을 발생시키는 외부전극; 상기 내부전극과 상기 외부전극 사이의 이격공간으로 에어로졸 입자를 공급하는 에어로졸 공급부; 및 상기 이격공간으로 공기를 공급하는 공기 공급부; 를 포함하며, 상기 외부전극은 상하 방향으로 적층되어 연결되는 복수 개의 전극링으로 형성되며, 상기 에어로졸 입자는 이웃하는 두 개의 상기 전극링 사이를 통해 외부로 배출될 수 있다.
상기 전극링은, 상기 내부전극의 내면과 마주 보며 상기 이격공간을 형성하는 전극링몸체; 및 상기 전극링몸체의 하단에 연결되며, 반경 외측으로 돌출 형성되는 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 전극링몸체 또는 상기 돌출부 중 적어도 하나에는, 이웃하는 한 쌍의 상기 전극링을 상호 이격시키는 이격용 돌기가 마련되며, 상기 이격용 돌기에 의해 이웃하는 한 쌍의 상기 전극링 사이에는 슬릿이 형성될 수 있다.
상기 외부전극의 외주부에 마련되며, 상기 전극링을 수용하는 수용홈부를 구비한 외부 하우징을 포함할 수 있다.
상기 전극링과 상기 외부 하우징 사이에는, 상기 이격공간으로부터 배출되는 상기 에어로졸 입자를 체류시키는 챔버가 형성되며, 상기 챔버는, 상기 전극링몸체와 상기 돌출부와 상기 수용홈부 사이에 형성되는 공간일 수 있다.
상기 외부 하우징에는, 상기 에어로졸 입자를 크기별로 분급하여 배출시키는 적어도 하나의 분급입자 배출홀이 형성되며, 상기 슬릿을 통해 상기 이격공간과 상기 챔버를 상호 연통시키고, 상기 분급입자 배출홀을 통해 상기 챔버와 외부를 상호 연통시킬 수 있다.
상기 이격공간은 상기 에어로졸 입자가 인입되는 에어로졸 유동 상부 측에서 상기 에어로졸 입자가 배출되는 에어로졸 유동 하부 측으로 갈수록 줄어들도록 형성될 수 있다.
상기 공기 공급부는, 상기 내부전극과 외부전극 사이의 이격공간 일측을 덮는 캡 구조로 결합되되, 측벽에 하나 이상의 공기 공급홀이 형성되며, 상기 에어로졸 공급부는 상기 공기 공급부를 관통하도록 결합되고, 상기 에어로졸 공급부의 에어로졸 출구측에는 상기 에어로졸 입자를 분산시키는 에어로졸 분산블록이 추가로 구비될 수 있다.
본 발명에 의한 입자 분급장치는, 에어로졸의 유동경로를 짧게 제작하더라도 에어로졸의 입자를 크기별로 분류하여 포집할 수 있어 효율적인 한편 종래보다 빠른 시간에 입자의 발생량과 크기 및 분포를 파악할 수 있어 입자의 분급 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치의 조립단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치의 내부전극의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 외부전극의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 외부전극의 저면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치의 확대단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치의 조립단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치의 내부전극의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 외부전극의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 외부전극의 저면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치의 확대단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 입자 분급장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치의 조립단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치의 내부전극의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 외부전극의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 외부전극의 저면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치(10a)는, 에어로졸이 유동되는 공간에 전기장이 인가되었을 때 에어로졸 입자들이 전기장의 힘에 의해 일측으로 이동되는 현상을 이용하여, 상기 입자들을 크기별로 분류하기 위한 장치이다.
본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치(10a)는 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 기둥형상의 내부전극(100)과, 상기 내부전극(100)과 이격된 상태를 유지하면서 내부전극(100)을 둘러싸는 외부전극(200a)과, 상기 내부전극(100)과 외부전극(200a) 사이의 이격공간(이하 ‘이격공간’이라 약칭함)으로 에어로졸과 공기를 각각 공급하는 에어로졸 공급부(500)와 공기 공급부(400)를 포함할 수 있다.
내부전극(100)은 외부전극(200a)과 상호작용에 의하여 전기장을 형성하는 부분으로서, 기둥 형상으로 마련될 수 있다. 내부전극(100)은 도 3의 (a)에 도시된 것처럼, 에어로졸 유동 상부측에서 상기 에어로졸 유동 하부 측으로 갈수록 외경이 점진적으로 증가되도록 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 도 3의 (b)에서처럼, 내부전극(100)은 에어로졸 유동 하부 측으로 갈수록 외경이 단계적으로 증가되도록 형성되어 다단의 단차를 구비할 수도 있으며, 이러한 내부전극(100)의 형상은 에어로졸 입자에 효율적으로 전기장이 가해지는 구조 또는 이격공간의 배치 관계 등을 고려하여 달리 형성될 수 있다. 본 실시예에서의 내부전극(100)은 하부 측으로 갈수록 외경이 점진적으로 증가되도록 테이퍼진 형상의 내부전극(100)을 사용하였다.
외부전극(200a)은 도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 내부전극(100)의 외주부을 감싸면서 마련될 수 있다. 또한 외부전극(200a)은 내부에 내부전극(100)을 수용하는 한편 에어로졸 입자가 유동되며 분급되는 이격공간을 형성하도록 내부전극(100)으로부터 소정 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이러한 외부전극(200a)은 링 형상의 전극링(210a)으로 마련되되, 도 2에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 적층되어 결합되는 복수개의 전극링(210a)으로 구성됨이 바람직하다.
그리고 이격공간으로 유동하는 에어로졸 입자는, 이웃하는 두 개의 상기 전극링(210a) 사이의 이격된 공간을 통해 외부로 배출되도록 구성될 수 있다. 즉, 상하방향의 이웃하는 두 개의 전극링(210a)은 상호 밀착되는 것이 아니라 일정 간격 이격된 상태로 적층되어 슬릿(220)이 마련되게 구성될 수 있다.
각각의 전극링(210a)은 주로 도 4를 참조하면, 전극링몸체(211)와, 상기 전극링몸체(211)의 하단에 연결되며, 반경 외측으로 돌출 형성되는 돌출부(212)를 포함할 수 있다.
전극링몸체(211)는 이격공간을 형성하도록 내부전극(100)으로부터 소정의 간격만큼 이격되어 원주 둘레를 따라 마련될 수 있으며, 돌출부(212)는 전극링몸체(211)의 하단부에 절곡되어 반경 외측으로 돌출되는 부분으로서, 후술되는 챔버(230a)를 형성하는 역할을 한다.
돌출부(212)의 저면에는 주로 도 5를 참조하면, 이격용 돌기(213)가 마련될 수 있다. 이격용 돌기(213)는, 각각의 전극링(210a)이 적층될 때 이웃하는 두 개의 전극링(210a) 사이의 슬릿(220)을 형성하는 역할을 한다. 이격용 돌기(213)는 원주 둘레를 따라 소정 각도만큼 이격되어 복수개가 마련될 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 이격용 돌기(213)가 돌출부(212)의 저면에 마련됨을 설명하였으나, 이와 달리 전극링몸체(211)의 상면에 마련되어도 무방할 것이다.
이격용 돌기(213)를 통한 전극링(210a)에 슬릿(220)을 구성함으로써, 전극링(210a)에 입자 배출을 위한 별도의 관통홀을 형성할 필요가 없는 장점이 있다. 즉, 복수의 전극링(210a)을 상하 방향으로 쌓는 것만으로 이격용 돌기(213)에 의해 입자 배출을 용이하게 하는 슬릿(220)이 형성될 수 있는 것이다. 따라서 전극링에 측벽을 관통 가공할 필요가 없으므로 외부전극(200a)의 제조과정이 간단해지고, 어느 일부가 파손 또는 손상되는 경우 해당 전극링(210a)만을 교체하거나 보수 후 재사용하면 되므로 보수 및 유지비용이 절감된다는 효과를 얻을 수 있다.
이러한 구성의 내부전극(100)과 외부전극(200a)은, 에어로졸 유동 상부측에서부터 하부측으로 갈수록 이격공간의 크기나 이격거리(내부전극(100)의 외경과 외부전극(200a)의 내경 사이의 거리)가 달라지게 구성하는 경우, 각기 크기가 다른 에어로졸 입자를 분급시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 내부전극(100)과 외부전극(200a) 사이의 이격공간은, 상기 에어로졸 입자가 인입되는 에어로졸 유동 상부 측에서 상기 에어로졸 입자가 배출되는 에어로졸 유동 하부 측으로 갈수록 줄어들도록 형성하고, 에어로졸 유동 하부측으로 갈수록 큰 사이즈의 에어로졸 입자가 분급되는 구성을 가진다.
즉, 외부전극(200a)의 내경은 동일하게 구성되나, 내부전극(100)이 에어로졸 유동 상부 측에서 하부 측으로 갈수록 점진적으로 또는 단계적으로 외경이 증가하도록 형성됨으로써 이들 사이의 이격공간은 에어로졸 유동 하부 측으로 갈수록 좁아지게 된다. 또는 내부전극(100)의 외경은 동일하게 구성하고, 외부전극(200a)의 내경을 에어로졸 유동 하부측으로 갈수록 작아지게 구성할 수도 있다. 이렇게 되면, 에어로졸 유동 하부측으로 갈수록 이격공간에 걸리는 전기장의 세기가 달라진다. 에어로졸 유동 상부측에 비해 하부측의 이격공간이 상대적으로 더 좁아지는 구성이므로, 하부측에 보다 강력한 전기장이 발생되게 되고 직경이 커서 상부측에서 포집이 되지 않는 입자도 하부측에 이르러 외부전극(200a) 측으로 이동되어 포집될 수 있게 된다.
내부전극(100)과 외부전극(200a)에 의한 전기장을 이용하여 에어로졸 입자의 분급 과정을 설명하면, 두 개의 전극(외부전극(200a)과 내부전극(100)) 사이에 노출된 에어로졸 입자(하전 입자)의 운동은 하기 [수학식 1]로 표시될 수 있다.
(x : 입자 이동거리, Q : 총유량, r1 : 내부전극 외경, r2 : 외부전극 내경, μ : 기체의 점성계수, Dp : 입자 직경, V : 인가전압, q : 입자 하전량, Cc : 커닝햄 보정계수(Cunningham slip correction factor))
상기 [수학식 1]에 나타난 바와 같이 입자의 이동거리는 입자의 직경과 비례하므로, 상대적으로 직경이 작은 입자는 유동경로 입구측 즉, 에어로졸 유동 상부측(본 실시예에서는 상측)에서 먼저 포집되고, 상대적으로 직경이 큰 입자는 유동경로 후단측 즉, 에어로졸 유동 하부측(본 실시예에서는 하측)에서 포집되는바, 입자가 크기별로 구분되어 포집될 수 있게 된다. 이와 같이 내부전극(100)과 외부전극(200a) 사이를 지나는 입자가 자기장에 의해 외부전극(200a) 측으로 이동되는 기술적 사상은 종래의 입자 분급장치(10a)에서도 동일하게 적용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
내부전극(100)과 외부전극(200a)이 가까워지면, 이격공간에 보다 강력한 전기장이 발생되므로 직경이 큰 입자도 빠르게 외부전극(200a) 측으로 이동되어 포집될 수 있고, 포집된 입자는 이웃하는 두 개의 전극링(210a) 사이에 형성된 슬릿(220)으로 배출될 수 있다.
한편, 전극링(210a)의 바깥에는 주로 도 1 및 도 2를 참조하면, 외부 하우징(260)이 마련될 수 있다. 외부 하우징(260)에는 내벽을 따라 복수의 전극링(210a)을 수용할 수 있는 수용홈부(261)가 형성되어 있어, 복수의 전극링(210a)이 결합될 수 있게 한다. 외부 하우징(260)은 상하방향으로 적층된 복수의 전극링(210a)이 적층된 상태를 유지할 수 있게 하는 부재이다. 즉, 외부 하우징(260)의 수용홈부(261)에 적층된 복수의 전극링(210a)을 수용함으로써 별도의 고정수단이 없더라도 복수의 전극링(210a)이 적층된 상태를 유지할 수 있다.
이러한 외부 하우징(260)에는 에어로졸 유동 상부측에서 하부측으로 즉, 상하 방향으로 복수의 분급입자 배출홀(240a)이 형성될 수 있다. 이러한 분급입자 배출홀(240a)은 그 높이에 해당되는 전극링(210a)에 각각 연결될 수 있다. 이러한 분급입자 배출홀(240a)은 외부 하우징(260)의 둘레를 따라 다수개가 마련되면 에어로졸 입자들이 사방으로 퍼져 배출되어 포집 후 과정(예를 들어 입자 분포나 크기 측정, 분석 등)이 어려워 질 수 있으므로 하나의 전극링(210a)에 하나의 분급입자 배출홀(240a)이 대응되도록 마련되는 것이 바람직하다.
그리고, 외부 하우징(260)의 수용홈부(261)의 일부 구역은 챔버(230a)로 형성될 수 있다. 즉, 챔버(230a)는 전극링몸체(211), 돌출부(212)와 수용홈부(261) 사이에 형성되는 공간이다. 이러한 챔버(230a)의 역할은, 슬릿(220)으로부터 빠져나온 입자가 챔버(230a)에 잠시 체류하면서 챔버(230a) 내(원주 방향으로 형성됨)에서 널리 퍼져 전체적으로 압력 저하가 전반적으로 균일하게 하여, 유동의 압력이 분급입자 배출홀(240a)에만 국부적으로 불균일해지는 현상을 방지할 수 있다. 일종의 완충 공간이라 볼 수 있다.
입자 분급장치(10a)의 상부에는 공기 공급부(400)가 마련될 수 있다. 공기 공급부(400)는 내부전극(100)과 외부전극(200a) 사이의 이격공간 상측을 덮는 캡 구조로 결합되고, 측벽에는 공기 공급홀(410)이 형성될 수 있다.
공기 공급부(400)의 중앙부에는 에어로졸 공급부(500)가 마련될 수 있다. 에어로졸 공급부(500)는 상기 공기 공급부(400)를 관통하도록 결합되어 입자 분급장치(10a)의 상부 내측으로 연통되게 구성될 수 있다. 공기 공급부(400)와 에어로졸 공급부(500)를 통해, 공기와 분급될 대상의 에어로졸 입자가 입자 분급장치(10a) 상부로 공급될 수 있다.
이때, 에어로졸 입자와 공기는 이격공간 전체에 걸쳐 고르게 공급되어야 하는데, 먼저 에어로졸 입자를 이격공간 사방으로 고르게 공급시킬 수 있도록, 상기 에어로졸 공급부(500)의 출구측, 본 실시예에서는 에어로졸 공급홀(510)의 하측단에 직육면체 형상의 에어로졸 분산블록(700)이 추가로 구비될 수 있다. 에어로졸 공급부(500)의 출구를 지난 에어로졸은 에어로졸 분산블록(700)의 상면에 거의 수직으로 충돌하여 사방으로 분산되므로, 이격공간 전체에 균일하게 전달될 수 있게 된다.
또한, 공기 공급부(400)의 내측 일부 영역에는 에어필터(600)가 마련될 수 있다. 에어필터(600)는 공기 공급홀(410)보다 상대적으로 에어로졸 유동 하부측에 마련되고 에어로졸 공급부(500)보다는 상부측에 마련될 수 있어 공기 공급홀(410)로 인입된 공기가 에어필터(600)에 걸러지면서 에어로졸 유동 하부측으로 유동될 수 있다. 공기가 에어필터(600)에 의해 여과된 후 이격공간으로 공급되므로, 입자의 유동 및 포집이 먼지나 이물질 등에 의해 방해를 받는 현상을 방지할 수 있게 된다. 또한, 에어필터(600)가 격자 구조 또는 일방향으로 형성된 망 구조로 형성되어 있기 때문에, 공기가 통과하면서 안정적인 층류(laminar flow)를 형성하며 에어필터(600) 전체에 걸쳐 고르게 퍼져 통과되므로 이격공간으로의 공기 공급이 보다 균일하게 이루어지게 된다. 에어필터(600)를 통과한 공기는 에어로졸 분산블록(700)에 의해 사방으로 퍼진 에어로졸 입자와 혼합되어 에어로졸 유동 하부측으로 유동하게 된다.
에어로졸 공급부(500)는 외부전극(200a)과 전기적으로 통전되어 있는 상태이며, 이 상태에서 하전된 입자가 에어로졸 공급홀(510)을 통해 유입되는데, 만약 에어로졸 분산블록(700)이 도체이면 하전된 입자가 에어로졸 분산블록(700)에 부착될 수 있다. 따라서, 내부전극(100)과 에어로졸 분산블록(700)의 전기적 절연을 위해 에어로졸 분산블록(700)과 내부전극(100) 사이에 절연체(미도시)를 넣어야 입자손실을 줄여 보다 정확한 측정을 할 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 입자분급장치의 에어로졸 분산블록(700)과 내부전극(100) 사이에는 절연체(미도시)가 마련될 수 있다.
입자 분급장치(10a)의 에어로졸 유동 하부측에는, 베이스(300)가 마련될 수 있다. 베이스(300)는 외부와 입자 분급장치(10a)의 이격공간을 격리하며, 베이스(300)의 일부 구역에는 포집되지 아니한 에어로졸 입자가 배출될 수 있는 잔여입자 배출홀(250)이 형성될 수 있다.
한편, 입자 분급장치(10a) 내를 유동하는 에어로졸 입자의 유동을 보조하도록 포화증기 또는 작동유체가 함께 동반되어 유동되게 구성할 수 있다. 이러한 포화증기를 입자 분급장치(10a) 내로 인입시키는 구성은 공기 포화기(미도시) 등의 구성을 부가하거나, 또는 공기 포화기 및 응축기(미도시)를 포함하는 시스템을 마련함으로써 해결될 수 있다. 이러한 포화증기가 동반된 에어로졸 입자라면, 입자 분급장치(10a) 내에서 온도가 낮아질 경우 응축될 수 있으므로 입자 분급장치(10a) 내에서 분급 과정을 수행하는 동안에는 응축을 방지하도록 할 필요가 있다. 이를 위해, 히터(800a)는 입자 분급장치(10a)의 감싸도록 마련될 수 있다. 히터(800a)는 입자 분급장치(10a) 내부의 온도롤 유지시키는 역할을 할 수 있다. 한편, 히터(800a)에는 분급입자 배출홀(240a)과 연통되는 복수의 연결홀(810a)이 마련될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 입자 분급장치의 확대단면도이다. 크기가 상이한 에어로졸 입자들이 외부전극(200a) 측으로 이동되어 크기별로 분류되어 포집되는 과정에 대해서는, 이하 도 6 및 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 외부의 공기가 입자 분급장치(10a)로 유입된다. 또한, 에어로졸 공급부(500)에서 에어로졸 입자가 입자 분급장치(10a)의 상부로 인입되며, 이때 에어로졸 분산블록(700)에 의해 사방으로 골고루 퍼지면서 인입된다. 인입된 에어로졸 입자는 퍼지면서 공기와 뒤섞여서 에어로졸 유동 하부측으로 유동되게 되며, 에어필터(600)를 거치면서 층류로 변환되며 유동되게 된다.
이격공간을 따라 유동하는 에어로졸 입자는 에어로졸 유동 하부측으로 갈수록 크기별로 분급되며 각각의 전극링(210a)에 포집될 수 있다. 즉, 내부전극(100)이 에어로졸 유동 하부측으로 갈수록 외경이 증가하는 구성을 가지게 되어 내부전극(100)과 외부전극(200a) 사이의 이격공간은 점차 줄어들고, 이에 따라 에어로졸 입자는 크기별로 해당 전극링(210a)에 포집될 수 있다. 따라서, 에어로졸 입자가 흐르는 유로(이격공간의 상하방향의 길이)를 길게 확보하지 아니하더라도 직경이 큰 입자까지 포집할 수 있으므로, 장치의 소형화가 구현될 수 있고, 장치의 효율성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 입자의 유동 경로가 단축됨으로써 입자를 크기별로 분류하여 포집하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다는 장점을 갖게 된다.
이후, 슬릿(220)을 통해 상기 챔버(230a)로 인입될 수 있다. 이때, 챔버(230a)는 슬릿(220)으로부터 빠져나온 입자가 챔버(230a)에 잠시 체류하면서 챔버(230a)의 공간 내에서 널리 퍼져 전체적으로 압력 저하가 전반적으로 균일하게 되도록 한다.
분급된 에어로졸 입자는 외부 하우징(260)의 분급입자 배출홀(240a) 및 히터(800a)의 연결홀(810a)을 통해 외부로 배출되게 된다.
이후, 분급된 에어로졸 입자의 개수나 크기 또는 분포를 정확하게 측정하기 위해 응축기나 검출기(미도시) 또는 유량조절기(미도시) 등의 구성을 추가할 수 있을 것이다.
한편, 본 실시예에서는 외부전극(200a)의 내경은 상하 방향으로 동일하게 유지되고 내부전극(100)이 에어로졸 유동 하부측으로 갈수록 외경이 증가됨으로써 내부전극(100)과 외부전극(200a) 간격이 좁아지는 경우만을 도시하고 있으나, 내부전극(100)의 외경이 상하 방향으로 동일하게 유지되고 상기 외부전극(200a)의 내경이 에어로졸 유동 하부측으로 갈수록 감소됨으로써 내부전극(100)과 외부전극(200a) 간격이 좁아지도록 구성될 수도 있다. 이와 같이 외부전극(200a)의 내경이 하측으로 갈수록 감소되어 내부전극(100)과 외부전극(200a) 간격이 좁아지는 경우에 있어서도, 직경이 큰 입자가 보다 쉽게 포집될 수 있다는 효과는 동일하게 구현될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예에서는 내부전극(100)과 외부전극(200a)이 수직으로 세워지는 구조만을 도시하고 있으나, 본 발명에 의한 입자 분급장치(10a)는 수평으로 눕혀지거나 대각선 방향으로 기울어지도록 구성될 수도 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 내부전극 200a : 외부전극
210a : 전극링 211 : 전극링몸체
212 : 돌출부 213 : 이격용 돌기
220 : 슬릿 230a : 챔버
240a : 분급입자 배출홀 250 : 잔여입자 배출홀
300 : 베이스 400 : 공기 공급부
410 : 공기 공급홀 500 : 에어로졸 공급부
510 : 에어로졸 공급홀 600 : 에어필터
700 : 에어로졸 분산블록 800a : 히터
810a : 연결홀
210a : 전극링 211 : 전극링몸체
212 : 돌출부 213 : 이격용 돌기
220 : 슬릿 230a : 챔버
240a : 분급입자 배출홀 250 : 잔여입자 배출홀
300 : 베이스 400 : 공기 공급부
410 : 공기 공급홀 500 : 에어로졸 공급부
510 : 에어로졸 공급홀 600 : 에어필터
700 : 에어로졸 분산블록 800a : 히터
810a : 연결홀
Claims (8)
- 기둥형상의 내부전극;
상기 내부전극과 이격되어 상기 내부전극을 둘러싸도록 배치되며, 상기 내부전극과 상호작용에 의해 전기장을 발생시키는 외부전극;
상기 내부전극과 상기 외부전극 사이의 이격공간으로 에어로졸 입자를 공급하는 에어로졸 공급부; 및
상기 이격공간으로 공기를 공급하는 공기 공급부;를 포함하며,
상기 외부전극은 상하 방향으로 적층되어 연결되는 복수 개의 전극링으로 형성되며,
상기 에어로졸 입자는 이웃하는 두 개의 상기 전극링 사이를 통해 외부로 배출되며,
상기 전극링은, 상기 내부전극의 내면과 마주 보며 상기 이격공간을 형성하는 전극링몸체; 및
상기 전극링몸체의 하단에 연결되며, 반경 외측으로 돌출 형성되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분급장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 전극링몸체 또는 상기 돌출부 중 적어도 하나에는, 이웃하는 한 쌍의 상기 전극링을 상호 이격시키는 이격용 돌기가 마련되며,
상기 이격용 돌기에 의해 이웃하는 한 쌍의 상기 전극링 사이에는 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 입자 분급장치.
- 제3항에 있어서,
상기 외부전극의 외주부에 마련되며, 상기 전극링을 수용하는 수용홈부를 구비한 외부 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분급장치.
- 제4항에 있어서,
상기 전극링과 상기 외부 하우징 사이에는, 상기 이격공간으로부터 배출되는 상기 에어로졸 입자를 체류시키는 챔버가 형성되며,
상기 챔버는, 상기 전극링몸체와 상기 돌출부와 상기 수용홈부 사이에 형성되는 공간인 것을 특징으로 하는 입자 분급장치.
- 제5항에 있어서,
상기 외부 하우징에는, 상기 에어로졸 입자를 크기별로 분급하여 배출시키는 적어도 하나의 분급입자 배출홀이 형성되며,
상기 슬릿을 통해 상기 이격공간과 상기 챔버를 상호 연통시키고, 상기 분급입자 배출홀을 통해 상기 챔버와 외부를 상호 연통시키는 것을 특징으로 하는 입자 분급장치.
- 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이격공간은 상기 에어로졸 입자가 인입되는 에어로졸 유동 상부 측에서 상기 에어로졸 입자가 배출되는 에어로졸 유동 하부 측으로 갈수록 줄어들도록 형성된 것을 특징으로 하는 입자 분급장치.
- 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기 공급부는, 상기 내부전극과 외부전극 사이의 이격공간 일측을 덮는 캡 구조로 결합되되, 측벽에 하나 이상의 공기 공급홀이 형성되며,
상기 에어로졸 공급부는 상기 공기 공급부를 관통하도록 결합되고,
상기 에어로졸 공급부의 에어로졸 출구측에는 상기 에어로졸 입자를 분산시키는 에어로졸 분산블록이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 입자 분급장치.
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