KR102300116B1 - 미세 입자 농도를 저감하기 위한 장치 - Google Patents

미세 입자 농도를 저감하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대상 영역 내의 미세 입자 농도를 저감시키기 위한 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 양상에 따른 장치는, 일 면 및 상기 일 면으로부터 일 방향으로 연장 형성되는 측면을 포함하고 상기 일 면 및 상기 측면에 의해 내부에 액체가 수용되는 컨테이너; 상기 컨테이너에 공급되는 액체를 저장하고 상기 컨테이너와 연결되는 저수부; 상기 컨테이너에 수용된 액체가 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되도록 상기 컨테이너를 소정의 온도로 가열하기 위하여 상기 컨테이너의 상기 일 면으로부터 상기 일 방향의 반대 방향에 배치되는 가열부; 및 상기 컨테이너에 수용된 액체가 대전된 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되어 상기 대상 영역 내의 미세 입자를 대전시키고 상기 대상 영역 내에 전하 밀도 분포를 형성하여 대전된 미세 입자를 상기 대상 영역 외부로 이동시키기 위하여 상기 컨테이너와 전기적으로 연결되어 상기 컨테이너에 전압을 인가하는 전원부;를 포함하되, 상기 대전된 미세 입자의 극성과 상기 전원부가 상기 컨테이너에 인가하는 전원의 극성은 동일하다.

Description

미세 입자 농도를 저감하기 위한 장치{DEVICE FOR REDUCING FINE PARTICLE CONCENTRATION}
본 발명은 미세 입자 농도를 저감하기 위한 장치에 관한 것으로, 구체적으로 대상 영역에 전기력을 작용하여 미세 입자 농도를 저감하는 장치 등에 관한 것이다.
최근 제조업의 발달 및 산업 폐기물의 증가 등으로 인한 공기 중 유해 성분의 위험성이 대두되고 있다. 특히, 바람을 타고 이동하는 미세 먼지 또는 초미세먼지의 경우, 마스크를 착용하여도 충분히 걸러지지 않아 아동, 노인 등 취약 집단에게는 심각한 호흡기 질환을 초래할 수 있다.
종래의 공기 순환 및 포집 방식은 미세 먼지가 함유된 주변 공기를 흡입하여, 비선택적인 처리로 에너지 효율이 낮은 문제점이 있다. 또한, 정화된 깨끗한 공기가 오염된 공기와 섞여, 같은 자리에서 같은 공기만 정화된다. 고밀도의 필터를 사용할 경우, 미세 먼지 제거율을 증가시키나 압력 손실이 크다.
종래의 반응 물질 살포 방식은 살수 방식과 인공 강우 방식이 있다. 살수 방식은 많은 양의 물을 살포해도 낮은 초미세먼지 저감효과를 제공한다. 또한, 종래의 인공 강우 방식은 많은 강수량이 있어야 미세 먼지 제거 효과가 발현된다.
본 발명의 일 과제는, 넓은 영역의 공기 품질을 효율적으로 관리하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 과제는, 크기가 일정 수준 이하인 입자의 공기 중 농도를 저감하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면 대상 영역 내의 미세 입자 농도를 저감시키기 위한 장치에 있어서, 일 면 및 상기 일 면으로부터 일 방향으로 연장 형성되는 측면을 포함하고 상기 일 면 및 상기 측면에 의해 내부에 액체가 수용되는 컨테이너; 상기 컨테이너에 공급되는 액체를 저장하고 상기 컨테이너와 연결되는 저수부; 상기 컨테이너에 수용된 액체가 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되도록 상기 컨테이너를 소정의 온도로 가열하기 위하여 상기 컨테이너의 상기 일 면으로부터 상기 일 방향의 반대 방향에 배치되는 가열부; 및 상기 컨테이너에 수용된 액체가 대전된 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되어 상기 대상 영역 내의 미세 입자를 대전시키고 상기 대상 영역 내에 전하 밀도 분포를 형성하여 대전된 미세 입자를 상기 대상 영역 외부로 이동시키기 위하여 상기 컨테이너와 전기적으로 연결되어 상기 컨테이너에 전압을 인가하는 전원부;를 포함하되, 상기 대전된 미세 입자의 극성과 상기 전원부가 상기 컨테이너에 인가하는 전원의 극성은 동일한 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면 대상 영역 내의 미세 입자 농도를 저감시키기 위한 장치에 있어서, 일 면 및 상기 일 면으로부터 일 방향으로 연장 형성되는 측면을 포함하고 상기 일 면 및 상기 측면에 의해 형성된 내부 공간을 갖는 컨테이너; 에어 펌프를 포함하고 상기 에어 펌프가 제공하는 압력에 의해 상기 컨테이너의 내부 공간으로 액체를 분사하는 노즐; 상기 노즐로부터 상기 컨테이너로 분사된 액체가 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되도록 상기 컨테이너를 소정의 온도로 가열하기 위하여 상기 컨테이너의 상기 일 면으로부터 상기 일 방향의 반대 방향에 배치되는 가열부; 및 상기 노즐로부터 상기 컨테이너로 분사된 액체가 대전된 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되어 상기 대상 영역 내의 미세 입자를 대전시키고 상기 대상 영역 내에 전하 밀도 분포를 형성하여 대전된 미세 입자를 상기 대상 영역 외부로 이동시키기 위하여 상기 컨테이너와 전기적으로 연결되어 상기 컨테이너에 전압을 인가하는 전원부;를 포함하되, 상기 대전된 미세 입자의 극성과 상기 전원부가 상기 컨테이너에 인가하는 전원의 극성은 동일한 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 넓은 영역의 공기 품질을 효율적으로 관리하는 장치 등이 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 실외 공기 품질을 관리하는 장치 등이 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 공기 품질을 친환경적으로 관리하는 장치 등이 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 크기가 일정 수준 이하인 입자의 공기 중 농도를 저감하기 위한 장치 등이 제공될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 미세 입자 농도 저감 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 미세 입자 농도를 저감하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 미세 입자 농도 저감을 위한 장치에 관한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 노즐 형태의 출수부에 관한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 노즐 및 기체 분사부를 포함하는 장치에 인가되는 전압 및 유량에 따른 전류 변화에 관한 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 스트립 라인 형태의 출수부에 관한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 컨테이너 타입의 출수부에 관한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 핀 형성 유무에 따른 전류 변화에 관한 그래프이다.
도 9 및 도 10은 일 실시예에 따른 개구가 형성된 컨테이너 타입의 출수부에 관한 도면이다.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 노즐로부터 액체를 공급받는 컨테이너 타입의 출수부에 관한 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.
본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면 대상 영역 내의 미세 입자 농도를 저감시키기 위한 장치에 있어서, 일 면 및 상기 일 면으로부터 일 방향으로 연장 형성되는 측면을 포함하고 상기 일 면 및 상기 측면에 의해 내부에 액체가 수용되는 컨테이너; 상기 컨테이너에 공급되는 액체를 저장하고 상기 컨테이너와 연결되는 저수부; 상기 컨테이너에 수용된 액체가 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되도록 상기 컨테이너를 소정의 온도로 가열하기 위하여 상기 컨테이너의 상기 일 면으로부터 상기 일 방향의 반대 방향에 배치되는 가열부; 및 상기 컨테이너에 수용된 액체가 대전된 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되어 상기 대상 영역 내의 미세 입자를 대전시키고 상기 대상 영역 내에 전하 밀도 분포를 형성하여 대전된 미세 입자를 상기 대상 영역 외부로 이동시키기 위하여 상기 컨테이너와 전기적으로 연결되어 상기 컨테이너에 전압을 인가하는 전원부;를 포함하되, 상기 대전된 미세 입자의 극성과 상기 전원부가 상기 컨테이너에 인가하는 전원의 극성은 동일한 장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 컨테이너는, 상기 일 면으로부터 상기 일 방향으로 연장되어 형성되되 상기 컨테이너에 수용된 액체에 의해 적어도 일부가 잠기고 전압이 인가되는 하나 이상의 핀을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 컨테이너는, 상기 일 면과 대향하고 상기 측면과 접촉하며 중앙 영역에 하나 이상의 개구가 형성된 덮개를 포함하고, 상기 대전된 액적은 상기 개구를 통해 상기 컨테이너로부터 외부로 방출될 수 있다.
여기서, 상기 장치는 상기 컨테이너의 온도 및 상기 컨테이너에 인가되는 전압 중 적어도 하나를 조절하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 대상 영역의 적어도 일부 영역 내의 전하 밀도를 일정 값 이상으로 유지하도록 상기 전원부가 상기 컨테이너에 인가하는 전압을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 컨테이너에 인가되는 전압의 크기는, 5kV 내지 100kV인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면 대상 영역 내의 미세 입자 농도를 저감시키기 위한 장치에 있어서, 일 면 및 상기 일 면으로부터 일 방향으로 연장 형성되는 측면을 포함하고 상기 일 면 및 상기 측면에 의해 형성된 내부 공간을 갖는 컨테이너; 에어 펌프를 포함하고 상기 에어 펌프가 제공하는 압력에 의해 상기 컨테이너의 내부 공간으로 액체를 분사하는 노즐; 상기 노즐로부터 상기 컨테이너로 분사된 액체가 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되도록 상기 컨테이너를 소정의 온도로 가열하기 위하여 상기 컨테이너의 상기 일 면으로부터 상기 일 방향의 반대 방향에 배치되는 가열부; 및 상기 노즐로부터 상기 컨테이너로 분사된 액체가 대전된 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되어 상기 대상 영역 내의 미세 입자를 대전시키고 상기 대상 영역 내에 전하 밀도 분포를 형성하여 대전된 미세 입자를 상기 대상 영역 외부로 이동시키기 위하여 상기 컨테이너와 전기적으로 연결되어 상기 컨테이너에 전압을 인가하는 전원부;를 포함하되, 상기 대전된 미세 입자의 극성과 상기 전원부가 상기 컨테이너에 인가하는 전원의 극성은 동일한 장치가 제공될 수 있다.
본 명세서에서는, 대상 영역에서 공기 중에 부유하는 입자의 농도를 전기장을 이용하여 저감하기 위한 장치 등에 관한 발명에 대하여, 몇몇 실시예를 들어 설명한다. 이하에서는, 전하를 띠는 입자를 공급하여, 대상 영역에서 대상 입자의 농도를 감소시키는 장치 등에 대하여 몇몇 실시예를 들어 설명한다.
넓은 대상 영역에 미세 입자가 공기 중에 부유하고 있는 경우, 이를 화학적 또는 물리적인 방법으로 제거하는 것이 곤란한 경우가 있을 수 있다. 예컨대, 대상 영역에 일정 크기(예컨대, PM 2.5)이하의 미세 먼지가 일정 농도 이상 분포하고 있는 경우에, 살수 처리를 통한 초미세먼지의 정화 효과는 매우 미미하며, 대상 영역이 넓은 경우에는 필터를 이용한 정화의 효율이 매우 떨어질 수 있다. 이하에서는, 여기서 예시된 경우 등을 포함하는 다양한 환경에서 광역 공기 품질 관리를 위해 이용될 수 있는 장치 등에 대하여 몇몇 실시예를 들어 설명한다.
본 명세서에서 설명하는 대상 영역에서 공기 중에 부유하는 입자의 밀도를 저감하기 위한 장치 등은 정전기적 현상을 이용하여 입자를 대상 영역으로부터 강제 이동 시킴으로써, 목적하는 밀도 저감 효과를 얻어낼 수 있다. 여기에서는, 이러한 입자 농도 저감 동작에 대하여 예를 들어 설명한다.
본 명세서에서 설명하는 입자 농도의 저감 동작은, 대상 영역(또는 대상 공간)의 대상 입자의 분포 농도를 감소시키기 위하여, 대상 영역으로 전하를 띠는 미세 액적을 방출하는 것을 포함할 수 있다. 입자 농도의 저감 동작은, 대상 영역에 전하를 띠는 미세 액적을 방출하여, 대상 영역에 전기장을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 입자 농도의 저감 동작은, 액적과 동일한 전하를 띠는 대상 입자가 대상 영역으로부터 밀려나도록, 대상 영역에 전기장을 유지하는 것을 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 미세 입자 농도 저감 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참고하면, 미세 입자 농도 저감은 미세 입자 농도를 저감하기 위한 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 1의 (a)를 참고하면, 장치(100)가 동작함에 따라 장치(100)는 전하를 띠는 물질(CS)을 공급할 수 있다.
전하를 띠는 물질(CS)은 장치(100)로부터 방출되어 나올 수 있다.
장치(100)로부터 방출되는 전하를 띠는 물질(CS)은 대전된 액적일 수 있다. 예를 들어, 물 클러스터 이온(water cluster ion)이 장치(100)로부터 방출될 수 있다. 또는, 이온을 포함하는 액적이 장치(100)로부터 방출될 수 있다. 대전된 액적의 평균적인 직경은 수 nm 에서 수 μm 사이일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
장치(100)로부터 방출되는 전하를 띠는 물질(CS)은 대전된 기체 분자일 수 있다. 예를 들어, 산소 분자 음이온(negative oxygen ion, O2 -)이 장치(100)로부터 방출될 수 있다.
전하를 띠는 물질(CS)은 장치(100) 외부에서 장치(100)에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 장치(100) 외부에 존재하는 물질이 코로나 방전 등을 통해 대전되어 전하를 띠는 물질(CS)이 생성될 수 있다.
장치(100) 외부에 존재하는 물질이 장치(100)로부터 방출되어 나온 물질로부터 전하를 전달받아 전하를 띠는 물질(CS)이 생성될 수 있다. 예를 들어, 대전되지 않은 미세 입자가 장치(100)로부터 방출된 미세 액적 등 전하를 띠는 물질(CS)로부터 전하를 전달받아 대전된 미세 입자가 생성될 수 있다.
장치(100)가 공급하는 전하를 띠는 물질(CS)의 양은 전류로 표현될 수 있다. 예를 들어, 장치(100)가 1초에 1nC의 전하를 띠는 물질(CS)을 공급하는 경우 1nA의 전류를 공급한다고 볼 수 있는 등 장치(100)가 단위 시간 당 공급하는 전하를 띠는 물질(CS)의 양은 전류의 관점으로 표현될 수 있을 것이다.
도 1의 (b)를 참고하면, 장치(100)가 동작함에 따라 대상 영역(TR)에 전하를 띠는 물질(CS)을 공급할 수 있다.
대상 영역은 미세 입자의 분포 농도 저감의 대상이 되는 영역 또는 공간을 의미할 수 있다. 대상 영역은 3차원의 공간을 의미할 수 있다. 대상 영역은 물리적인 경계예 의해 정해지는 공간일 수 있다. 대상 영역은 가상의 경계에 의하여 정해지는 공간일 수 있다. 대상 영역은 장치를 중심으로 소정의 기하학적 형태를 가지도록 결정된 영역일 수 있다. 예컨대, 도 1의 (b)를 참고하면, 대상 영역은 장치를 중심으로 소정의 반경 r을 가지는 반구 또는 변형된 반구형의 영역일 수 있다.
장치 및 전하를 띠는 물질에 의해 형성된 전기장에 의해 전하를 띠는 물질이 이동할 수 있다. 도 1의 (b)를 참고하면, 대상 영역(TR) 내에 위치하는 전하를 띠는 물질(CS)은 장치(100)와 지면(GND) 사이에 형성되는 전기장에 의해 대상 영역(TR) 밖으로 밀려나거나 지면(GND)으로 가라앉을 수 있다. 또는, 대상 영역(TR) 내에 위치하는 전하를 띠는 물질(CS)은 그들 사이의 반발력으로 인해 대상 영역(TR) 밖으로 밀려나거나 지면(GND)으로 가라앉을 수 있다. 여기서, 대상 영역(TR) 밖으로 밀려나거나 지면(GND)으로 가라앉는 전하를 띠는 물질(CS)이 미세 입자인 경우, 대상 영역(TR) 내에서의 미세 입자의 농도가 감소할 수 있을 것이다.
장치는 지속 또는 반복적으로 전하를 가지는 액적을 방출하여 대상 영역 내의 전하 밀도 분포를 형성할 수 있다. 장치는 전하를 가지는 액적을 방출하여 대상 영역 내의 전하 밀도를 소정의 값 이상으로 유지할 수 있다. 장치는 전하를 가지는 액적을 방출하여 대상 영역 내에 불균일한 전하 밀도 분포를 형성할 수 있다. 전하 밀도는 부피 전하 밀도, 즉, 단위 부피당 존재하는 전하량(C/m3)을 의미할 수 있다. 전하 밀도 분포는 전하를 띠는 물질의 거동에 영향을 미칠 수 있다. 일 예로, 장치는 지속적으로 전하를 방출함으로써 장치 주변에서 높은 전하 밀도를 가지고 장치로부터의 거리가 멀어질수록 전하 밀도가 낮아지는 전하 밀도 분포를 형성할 수 있다. 장치에 의해 형성된 전하 밀도 분포는 대상 영역 내에 전기장을 형성할 수 있다.
장치는 대상 영역에 형성되는 전기장의 세기, 방향, 특성, 분포 범위 등을 조절할 수 있다. 예컨대, 장치는 적절한 범위에 적절한 세기의 전기장이 형성되도록, 외부로 방출되는 액적의 양, 액적을 통하여 방출되는 전류(또는 전하)등을 조절할 수 있다. 구체적인 예로, 장치는 액적이 방출되는 출수부에 인가되는 전압을 조절하거나 출수부의 온도를 조절함으로써, 공기 중으로 방출되는 전류의 양을 조절하여 전기장의 특성을 조절할 수 있다.
미세 입자의 분포 농도는 단위 부피의 공기에 포함된 미세 입자의 질량을 의미할 수 있다. 또는, 미세 입자의 분포 농도는 단위 부피의 공기에 포함된 미세 입자의 부피를 의미할 수 있다. 또는, 미세 입자의 분포 농도는 단위 부피의 공기에 포함된 미세 입자의 개수를 의미할 수 있다. 미세 입자의 분포 농도는, 소정의 부피에 미세 입자가 포함된 정도를 가리키는 다른 파라미터로 갈음될 수 있다.
장치는 지면으로부터 소정 간격 이격된 위치에 설치될 수 있다. 도 1을 참고하면, 장치(100)는 지면(GND)으로부터 h 만큼의 높이를 갖는 위치에 설치될 수 있다.
장치의 지면으로부터의 높이(h)는 장치의 작동 효율이나 대상 영역을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 장치는 대상 영역의 반경에 대하여 소정 비율만큼 지면으로부터 이격된 위치에 설치될 수 있다. 도 1의 (b)를 참고하면, 장치(100)는 대상 영역(TR)의 반경 r의 1/2배에서 2배 사이의 값을 가지는 높이(h)만큼 지면(GND)으로부터 이격된 위치에 설치될 수 있다. 일 예로, 대상 영역(TR)의 반경 r이 30m인 경우 장치(100)는 지면(GND)으로부터 50m 이격된 위치에 설치될 수 있다.
도 1에는 전하를 띠는 물질(CS)이 음전하를 띤 것으로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니고 전하를 띠는 물질(CS)은 양전하를 띨 수도 있다. 또한, 대상 영역(TR) 외부에도 전하를 띠는 물질(CS)이 위치할 수 있다.
이하에서는 미세 입자의 농도를 저감하기 위한 장치의 구성에 대해 살펴본다.
도 2는 일 실시예에 따른 미세 입자 농도를 저감하기 위한 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참고하면, 일 실시예에 따른 장치(100)는 저수부(110), 급수부(120), 출수부(130), 가열부(140), 통신부(150), 센서부(160), 전원부(170) 및 제어부(180)를 포함할 수 있다.
저수부는 액체를 저장할 수 있다. 저수부는 외부로부터 공급된 액체 또는 미리 저장된 액체를 저장할 수 있다. 저수부는 액체의 이탈을 방지하거나 변질을 방지할 수 있다.
저수부는 액체를 저장하는 저장 용기를 포함할 수 있다. 저수부는 외부로부터 액체를 공급받는 유입 호스 및/또는 출수부로 액체를 공급하는 유출 호스를 포함할 수 있다.
저수부는 액체의 변질을 방지하도록 또는 액체에 의한 변성이 방지되도록 마련될 수 있다. 예컨대, 저수부는 액체의 변질 및 저수 용기의 변성이 방지되도록 코팅(예컨대, 부식 방지 코팅)될 수 있다. 또 예컨대, 저수부는 액체가 외부 환경에 따라 변질되지 않도록, 단열재, 내열재, 보온재, 내화제 등을 포함할 수 있다. 저수부는 저수 용기 외부에 형성된 세라믹 단열재를 포함할 수 있다.
저수부는 전기 전도도를 가지는 액체를 저장할 수 있다. 저수부는 특정 성분을 포함하는 액체를 저장할 수 있다. 저수부에 저장되는 액체는 하나 이상의 종류의 이온을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 저수부에 저장되는 액체는 이온 성분을 포함할 수 있다. 저수부에 저장된 액체에 이온 성분이 필요에 따라 부가될 수도 있다. 액체는 음이온 또는 양의 이온 성분을 포함할 수 있다. 저수부는 기준값 이상의 점도를 가지는 액체를 저장할 수 있다. 일 예로, 저수부에 저장되는 액체는 증류수, 가정용수, 산업용수, 지하수 등일 수 있다.
저수부는 출수부와 연결될 수 있다. 저수부는 유출 호스를 통하여 출수부와 연결되고, 출수부로 액체를 공급할 수 있다. 저수부는, 급수부에 의하여 출수부로 액체를 공급할 수 있다. 저수부는 액체가 미리 저장된 카트리지, 액체가 저장될 수 있는 카트리지 또는 외부로부터 공급되는 액체가 저장될 수 있는 저수 용기 형태로 구현될 수 있다.
급수부는 액체의 이동을 발생시킬 수 있다. 급수부는 유압, 공압, 기계 모터 등을 이용하여 액체가 유동하게 할 수 있다. 급수부는 액체를 일 위치로부터 타 위치로 전달(transfer)할 수 있다. 일 예로, 급수부는 일정한 유량으로 액체를 이동시킬 수 있다. 급수부는 미리 정해진 유량 또는 유속으로 액체를 전달할 수 있다. 급수부는 액체의 이동 경로를 제공할 수 있다. 예컨대, 급수부는, 전술한 것과 같이 추가적인 전력을 소비하여 액체의 이동을 발생시키는 것 외에도, 액체가 중력에 의해 이동하거나, 모세관력(capillary force)에 의해 유동하도록 경로를 제공할 할 수 있다. 구체적인 예로, 급수부는 액체 용기 및 용기에 저장된 액체가 용기로부터 기압 또는 중력에 의해 일정량씩 방출되도록 형성된 방출구를 포함할 수 있다.
급수부는 펌프 모듈을 포함할 수 있다. 펌프 모듈은 시린지 펌프, 유압 펌프, 공압 펌프 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 급수부는 저수부에 저장된 액체를 출수부로 공급할 수 있다. 급수부는, 제어부의 제어에 의해 저수부에 저장된 액체를 미리 정해진 유량으로 출수부로 공급할 수 있다. 급수부는 수 μL/min 에서 수백 mL/min 의 유량으로 액체를 공급할 수 있다. 예컨대, 급수부는 20 μL/min 이하의 속도로 액체를 공급할 수 있다.
출수부는 액체를 출력할 수 있다. 출수부는 저수부로부터 급수부를 통하여 공급되는 액체를 방출할 수 있다. 출수부는 전원부와 연결될 수 있다. 출수부는 전원부로부터 전원을 공급받을 수 있다. 출수부에는 전원부에 의하여 전압이 인가될 수 있다. 출수부는 전압이 인가됨에 따라 대전된 액적을 외부로 방출할 수 있다. 출수부는 금속 등 전도성 물질로 형성될 수 있다.
출수부는 노즐, 스트립 라인(strip line), 컨테이너 등 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 출수부의 구체적인 실시예에 대해서는 후술하기로 한다.
일 실시예에 따르면, 저수부와 출수부는 일체로서 마련될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 장치는, 액체를 저장하는 저수 용기 및 저수 용기와 연결된 노즐을 포함하는 카트리지를 이용하여 대전된 액적을 분사하는 형태로 구현될 수도 있다.
가열부는 장치의 구성 또는 장치에서 방출되는 액체 또는 기체를 가열할 수 있다. 가열부는 장치의 각 부 중 하나 이상을 가열하기 위해 이용될 수 있다. 예컨대, 가열부는 저수부 및/또는 출수부를 가열할 수 있다.
예를 들어, 가열부는 저수부 주변에 위치될 수 있다. 가열부는 저수부의 저수 용기를 둘러싸고, 저수 용기 및 저수 용기에 저장된 액체를 가열할 수 있다. 가열부는 출수부의 주변에 위치되고 출수부를 통과하는 액체나 출수부에 수용된 액체를 가열할 수 있다. 가열부는 액적이 방출되는 영역을 가열할 수 있다. 예컨대, 가열부는 액적이 방출되는 영역으로 분사되는 기체를 가열하여, 액적이 방출되는 영역을 가열할 수 있다.
가열부는 전열 코일, 유도 가열 코일 또는 열전 소자 등의 가열 수단을 포함할 수 있다.
통신부는 외부 장치와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다. 통신부는 양방향(bi-directional) 또는 단방향 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부는, 근거리 통신망(LAN, Local Area Network), 무선 근거리 통신망(WLAN, Wireless Local Area Network), 와이파이(WIFI), 지그비(ZigBee), 와이기그(WiGig), 블루투스(Bluetooth) 등을 통하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 통신부는, 유선 또는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
통신부는, 외부 장치로부터 정보를 획득하거나, 외부 장치로 정보를 전달할 수 있다. 예를 들어, 통신부는, 외부 장치로부터 제어 명령을 획득하고, 제어부 또는 대응되는 부(unit)로 전달할 수 있다. 또는, 통신부는, 센서부에 의해 획득된 장치 정보, 상태 정보 등을 외부 장치로 전달할 수 있다. 통신부는, 사용자 단말, 제어 장치, 제어 서버 및/또는 다른 장치 등의 외부 장치와 통신할 수 있다. 일 예로, 통신부는 외부의 서버 등과 통신하여, 대상 영역의 기상 정보 등을 포함하는 환경 정보를 획득할 수 있다.
센서부는 정보를 획득할 수 있다. 센서부는 측정 파라미터의 측정 값을 포함하는 환경 정보를 획득할 수 있다. 예컨대, 센서부는 장치 내부의 상태 정보, 장치의 작동 정보 및/또는 장치 외부의 환경 정보를 획득할 수 있다.
일 예로, 센서부는 저수부, 급수부, 출수부, 가열부, 통신부, 전원부 등 장치를 구성하는 부분들의 상태 정보를 획득할 수 있다. 예컨대, 센서부는, 저수부에 저장된 용수의 온도, 용수의 양, 급수부의 동작 상태, 출수부의 출수 효율(예컨대, 노즐 막힘 발생 여부), 장치 내부의 온도, 출수부의 온도, 저수부의 온도 등의 상태 정보를 획득할 수 있다.
다른 예로, 센서부는 온도 정보, 습도 정보, 기류(예컨대, 풍속), 공기 품질(예컨대, 미세 먼지의 농도) 정보 등의 환경 정보를 획득할 수 있다. 환경 정보는 센서부가 측정한 정보 또는 외부로부터 획득한 정보일 수 있다. 예컨대, 센서부는 외부 측량 센터로부터 환경 정보를 전달 받을 수 있다.
또 다른 예로, 센서부는 장치의 작동과 관련된 작동 정보를 획득할 수 있다. 센서부는 장치가 제어 명령에 따라 적절히 작동하고 있는지 판단하는데 이용되는 작동 정보를 획득할 수 있다. 예컨대, 센서부는 장치에서 출력되는 전류, 장치의 노즐에 인가되는 전압, 장치 주변의 전하 밀도, 장치 주변의 전기장의 세기, 장치 주변의 미세 입자의 농도 등을 획득할 수 있다.
센서부를 통하여 획득된 정보는 장치의 제어에 이용될 수 있다. 예컨대, 상태 정보 또는 환경 정보는, 작동 명령을 결정하는데 이용될 수 있다. 작동 정보 등은, 이상 작동 정보가 발생한 경우 사용자 알림을 생성하는데 이용될 수 있다. 센서부를 통하여 획득된 정보가 충분히 축적되면, 장치의 이력 제어가 수행될 수 있다.
전원부는 장치의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 전원부는 장치를 구성하는 각 부분에 전원을 공급할 수 있다. 전원부는 출수부, 급수부, 저수부, 가열부, 통신부, 센서부 및/또는 제어부에 전원을 공급할 수 있다. 전원부는 직류 또는 교류 전원을 공급할 수 있다. 전원부는 각 부에 다른 형태로 전원을 공급할 수도 있다.
전원부는 장치의 구성 요소, 예컨대 출수부에 전압을 인가할 수 있다. 전원부는, 출수부로부터 토출되는 액체가 전하를 띠는 액적의 형태로 분출되도록, 출수부에 전압을 인가할 수 있다. 전원부는 출수부에 지면에 대해 큰 전위차를 가지는 전압을 인가할 수 있다. 전원부는 출수부에 지면에 대하여 양의 전압 또는 음의 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 전원부는 출수부에 그 크기가 1kV 이상인 고전압을 인가할 수 있다.
제어부는 장치 및/또는 각 부(unit)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부는 제어 명령을 생성하고, 장치의 각 부를 제어할 수 있다. 제어부는, 통신부를 통하여 제어 명령을 획득하고, 획득된 제어 명령에 기초하여 해당 부를 제어 할 수 있다.
제어부는 저수부, 급수부, 출수부, 가열부, 통신부, 센서부, 전원부 및/또는 그 외의 장치 구성의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부는 급수부의 급수 동작의 온 오프를 제어할 수 있다. 급수부에 의해 시간당 급수되는 양을 제어할 수 있다. 또 예컨대, 제어부는 센서부의 정보 획득 동작을 제어할 수 있다. 또는, 제어부는 가열부의 가열 온도를 제어할 수 있다.
제어부는 전원부의 전원 제공 동작을 제어할 수 있다. 제어부는 전원부에 의해 출력되는 전압 또는 전류를 제어할 수 있다. 제어부는 전원부를 통하여 특정 구성에 전압을 인가할 수 있다. 일 예로, 제어부는 전원부를 통하여 출수부에 가해지는 전압을 제어할 수 있다. 제어부는 전원부를 통하여 출수부에서 출력되는 전류를 제어할 수 있다.
제어부는 전원부를 이용하여, 출수부에서 대전된 액적이 방출되도록 출수부에 전압을 인가할 수 있다. 제어부는 전원부를 이용하여, 공기 중의 미세 입자가 대전된 액적으로부터 전하를 적어도 일부 획득하여 대전되도록, 출수부에 전압을 인가할 수 있다. 제어부는 전원부를 이용하여, 대전된 미세 입자가 장치로부터 방출된 전하에 의해 형성된 전기장에 의해 밀려나도록 출수부에 전압을 인가할 수 있다.
제어부는, 전원부를 통하여 장치의 일부 구성에 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 전원부를 통하여, 출수부에 기준값 이하 또는 기준값 이상의 전압을 인가할 수 있다. 예컨대, 제어부는, 전원부가 출수부에 1kV 이상의 전압을 인가하도록 제어할 수 있다. 제어부는, 전원부가 출수부에 100kV 이하의 전압을 인가하도록 제어할 수 있다.
도 2에서 도시하지는 아니하였으나, 장치는 기체 분사부를 더 포함할 수 있다. 기체 분사부는 출수부에 의해 액적이 분출되는 위치로 기체를 분사할 수 있다.
기체 분사부는 출수부로부터 분출되는 액적을 향하여 기체를 방출하여, 액적의 증발을 촉진할 수 있다. 기체 분사부는 액적의 증발을 촉진하여, 액적의 분열이 보다 안정적으로 발생하게 할 수 있다. 기체 분사부는 액적의 증발을 촉진하여, 공간 전하가 대상 영역에 안정적으로 분포되도록 할 수 있다.
기체 분사부는 액적이 분출되는 토출구 근처로 기체를 분출하여, 토출구 부근의 대전된 입자들을 밀어냄으로써 토출구 부근의 전하 밀도를 국소적으로 감소시킬 수 있다. 기체 분사부는 토출구 부근의 전하 밀도을 감소시킴으로써, 후술하는 입자 분산부의 기능을 함께 수행할 수 있다.
기체 분사부는 액체가 방출되는 토출구 근처로 기체를 분출하여, 액적의 생성을 촉진할 수 있다. 기체 분사부는, 액체가 방출되는 토출구를 향하여 기체를 분출하여, 액체로부터 액적이 분리될 수 있도록 물리력을 작용할 수 있다. 기체 분사부는, 보다 작은 크기의 액적이 생성되도록 액체 또는 생성된 액적을 향하여 기체를 방출할 수 있다.
기체 분사부는 액적의 진행 경로를 제공할 수 있다. 기체 분사부는 액체가 방출되는 토출구 근처로 기체를 분출하여, 방출된 액적 또는 입자를 특정 방향을 향하여 이동하도록 유도할 수 있다.
기체 분사부는 에어 노즐 및 에어 펌프를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 에어 펌프는 액체를 공급하는 펌프와 일체로서 형성될 수도 있다. 기체 분사부는 기체가 유입되는 인렛을 포함할 수 있다. 기체 분사부는 기체의 분출을 조절하는 플로우 레귤레이터를 포함할 수 있다.
기체 분사부는 반응성이 작은 기체를 분사할 수 있다. 예컨대, 기체 분사부는 질소 기체, 아르곤 기체, 압축 공기 등을 분사할 수 있다. 기체 분사부는 비활성 기체를 분사할 수 있다.
기체 분사부는 전하 전달 물질을 포함하는 기체를 분사할 수 있다. 기체 분사부는 액적에 포함된 전하를 띠는 물질로부터 전하를 획득하는 전하 전달 물질을 포함하는 기체를 방출할 수 있다. 예를 들어, 기체 분사부는, 산소(O2) 성분을 포함하는 기체를 방출할 수 있다.
기체 분사부는 출수부와 결합 제작될 수 있다. 출수부와 기체 분사부가 결합 제작된 예로는 이류체 노즐이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2에서 도시하지는 아니하였으나, 장치는 입자 분산부를 더 포함할 수 있다. 입자 분산부는 대전된 액적이 분출되는 출수부 근처의 전하 밀도를 조절함으로써 출수부에 인가되는 전압을 필요에 따라 조절할 수 있다.
예를 들어, 입자 분산부는 출수부에 의해 대전된 액적이 토출되는 영역에 대하여 비전기력을 작용함으로써, 액적이 토출되는 출수부의 일 말단 부근의 대전된 입자를 분산시킬 수 있다. 입자 분산부는 상기 말단 부근의 대전된 입자를 분산시킴으로써 상기 말단 부근의 전하 밀도를 떨어트릴 수 있다. 입자 분산부는 상기 말단 부근의 전하 밀도를 감소시킴으로써, 출수부를 통하여 소정의 전류를 방출하기 위하여 출수부에 인가되어야 하는 전압을 떨어트릴 수 있다. 입자 분산부는 전압을 떨어트려 출수부에 인가되는 전압이 적정 범위 내에 유지되도록 할 수 있다.
예를 들어, 출수부에 인가되는 전압은 10 kV ~ 15 kV 범위 내의 값으로 유지될 수 있다. 출수부에 인가되는 전압의 적정 범위는 출수부의 형상에 따라 달라질 수 있다. 출수부의 형상에 따라 코로나 방전 등의 직접 방전이 발생하는 전압 값이 달라질 수 있고, 이에 따라 출수부에 인가되는 전압의 적정 범위가 변동될 수 있다. 예컨대, 출수부가 날카로운 모서리를 포함하는 경우 전압의 적정 범위는 보다 낮은 상한 값을 가질 수 있다.
구체적인 예를 들어, 출수부에서 전하를 띠는 액적을 통하여 기준 전류 1mA를 방출하기 위하여 출수부에 인가되어야 하는 기준 전압은, 출수부의 토출구 주변의 전하 밀도에 따라 다를 수 있다. 예컨대, 장치가 작동을 개시하는 시점에서는 토출구 주변의 전하가 거의 존재하지 않는 상태에서의 기준 전류 1mA를 방출하기 위한 기준 전압은 8kV일 수 있다. 장치가 일정 시간 이상 연속적으로 작동한 이후 시점에서는 토출구 주변은 높은 전하 밀도를 가질 수 있고, 이때의 기준 전압은 9kV 이상일 수 있다. 입자 분산부는, 토출구 주변의 전하를 띠는 입자를 밀어냄으로써 토출구 주변의 전하 밀도를 낮추고, 기준 전압을 9kV보다 낮은 값, 예컨대, 8.5 kV로 낮출 수 있다.
입자 분산부는 기준 전압을 낮춤으로써, 기준 전압을 적정 범위 내로 유지할 수 있다. 입자 분산부는 기준 전압을 적정 범위로 유지함으로써, 장치의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 입자 분산부는 출수부의 일 말단에서 발생할 수 있는 불필요한 방전 또는 물질의 생성을 방지할 수 있다. 입자 분산부는 장치의 안정성 및 안전성을 향상시킬 수 있다.
입자 분산부는 전술한 기체 분사부의 형태로 구현될 수도 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 미세 입자 농도 저감을 위한 장치(100)에 관한 도면이다. 도 3을 참고하면, 장치(100)는 저수부(110), 출수부(130), 가열부(140) 및 전원부(170)를 포함할 수 있다. 저수부(110)는 출수부(130)에 액체(예를 들어, 물)를 공급할 수 있다. 전원부(170)는 출수부(130)에 전압을 인가할 수 있다. 가열부(140)는 출수부(130)를 가열하여 출수부(130)의 온도를 소정의 값으로 유지하거나 변경할 수 있다. 저수부(110)로부터 출수부(130)에 공급된 액체는 전원부(170)로부터 인가된 전압 및 가열부(140)의 가열에 의해 전하를 띤 액적의 형태로 방출될 수 있다. 결과적으로 장치(100)는 외부로 전류를 방출하는 것으로 볼 수 있을 것이다.
한편, 도 2 및 도 3에서 설명하는 장치 및 구성들은 예시에 불과한 바, 도 2 및 도 3에서 설명하는 구성들은 생략될 수 있고, 도 2 및 도 3에서 도시하지 않은 구성이 장치(100)에 더 포함될 수도 있다.
이하에서는 미세 입자 농도를 저감하기 위한 장치의 출수부에 대해 실시예를 통해 보다 자세히 살펴본다.
출수부는 액체 및/또는 액적을 분출/분무하는 노즐을 적어도 하나 포함할 수 있다. 출수부는 고전압이 인가되는 노즐을 적어도 하나 포함할 수 있다. 출수부는 고전압이 인가됨에 따라 그 내부에 위치된 액체가 전기 분무(electrospray)되도록 마련된 노즐을 적어도 하나 포함될 수 있다. 노즐에는 전원부에 의해 고전압이 인가될 수 있다. 노즐은 스테인리스 스틸 등의 금속, 유리, 융합 실리카(fused silica) 등으로 형성될 수 있다.
노즐은 전기 분무 또는 정전 분무(electrostatic spray)에 용이한 형태를 가질 수 있다. 노즐은 수십에서 수백 μL의 내경, 수백 μm 이상의 외경을 가지도록 형성될 수 있다. 일 예로, 노즐은 외경 0.3mm, 내경 0.1mm의 노즐이 이용될 수 있다.
노즐은 외면 및 내면을 가질 수 있다. 노즐은 말단면을 가질 수 있다. 노즐은 말단으로 갈수록 좁아지는 테이퍼드 팁 형태를 가질 수 있다. 노즐의 외면은 원통형 또는 말단으로 갈수록 좁아지는 테이퍼드 형태로 마련될 수 있다. 노즐의 내면은 원통형 또는 테이퍼드 형태로 마련될 수 있다.
노즐의 각 면은 친수성 또는 소수성을 띨 수 있다. 노즐의 각 면은 친수성 또는 소수성 물질로 형성되거나, 친수성 또는 소수성 물질로 코팅되어 마련될 수 있다. 노즐의 각 면은 다른 성질을 띨 수 있다. 일 예로, 노즐의 외면 및 말단면은 소수성을 띠고 노즐의 내면은 친수성을 띠도록 마련될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 노즐 형태의 출수부에 관한 도면이다. 도 4의 (a)를 참고하면, 출수부는 일 면(131a)에서 돌출된 원통형의 노즐(131b)을 포함할 수 있다. 도 4의 (b)를 참고하면, 출수부는 베이스(132a) 및 적어도 일부가 베이스(132a) 내에 위치한 원통형의 노즐(132b)을 포함할 수 있다. 베이스(132a)는 관통공을 포함하고, 관통공에 노즐(132b)이 고정될 수 있다. 도 4의 (c)를 참고하면, 출수부는 선형의 노즐, 예컨대 슬릿 형태의 노즐(133)을 포함할 수 있다.
도 4에는 하나의 노즐만 도시되었으나, 출수부는 노즐이 어레이 형태로 배열되는 등 복수의 노즐을 포함하도록 제공될 수 있다. 출수부는 복수의 노즐이 배열된 노즐 어레이(array)를 포함할 수 있다. 노즐 어레이는 서로 나란하게 배열된 복수의 노즐을 포함할 수 있다. 노즐 어레이는 서로 다른 방향으로 배열된 복수의 노즐을 포함할 수 있다. 예컨대, 복수의 노즐은 방사형으로 배열될 수 있다. 복수의 노즐은, 각각의 노즐에서 방출되는 전류로 인한 상호 영향이 최소화 되도록, 서로 다른 방향을 향하도록 배열될 수 있다. 복수의 노즐은 소정의 간격을 가지도록 위치될 수 있다. 노즐 사이의 간격은 노즐에 인가되는 전압을 고려하여 정해질 수 있다.
노즐 형태의 출수부는 기체 분사부와 함께 이용되어 액체 및/또는 액적을 분출/분무할 수 있다. 예를 들어, 기체 분사부는 노즐과 함께 이용되어 전기 분무 또는 정전 분무를 통해 액적을 분무할 수 있다. 또는, 노즐은 액체를 분출하고, 노즐 주변에 배치된 기체 분사부가 액체가 분출되는 노즐의 토출구 근처로 기체를 분출하여 액적을 생성할 수 있다. 또는, 노즐은 액적을 분출하고, 노즐 주변에 배치된 기체 분사부가 액적이 분출되는 노즐의 토출구 근처로 기체를 분출하여 액적을 더 작은 크기의 액적으로 분리시킬 수 있다. 이러한 형태의 노즐의 예로는 이류체 노즐이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 일 실시예에 따른 노즐 및 기체 분사부를 포함하는 장치에 인가되는 전압 및 유량에 따른 전류 변화에 관한 그래프로, 이류체 노즐을 이용하였다. 기체 분사부로는 에어 펌프가 이용되었고, 그 압력은 0.1MPa로 유지하였다. 도 5를 참고하면, 노즐로부터 방출되는 전류는 노즐에 인가되는 전압의 크기에 의존하는 것을 확인하였다. 노즐에 인가되는 전압의 크기가 증가함에 따라 노즐로부터 방출되는 전류의 양이 증가하는 경향을 보였다. 구체적으로, 인가 전압을 10kV에서 20kV로 증가시킴에 따라 수 μA에서 수십 μA까지 전류량이 증가하였다. 또한, 노즐로부터 방출되는 전류는 노즐에 공급되는 유량에 의존하는 것을 확인하였다. 유량을 2ml/min에서 5ml/min, 20ml/min으로 증가시킴에 따라 노즐로부터 방출되는 전류의 양이 증가하는 경향을 보였다.
출수부는 스트립 라인(strip line)을 포함할 수 있다. 여기서, 스트립 라인은 금속 등 전도성 있는 물질을 포함하도록 제작되고 일정 폭 및 길이를 갖는 라인 형태 또는 평판 형태 등으로 제공되는 부재를 의미할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 스트립 라인 형태의 출수부에 관한 도면이다. 도 6을 참고하면, 평판 형태의 베이스(134a) 위에 스트립 라인(134b)이 형성될 수 있다. 이 경우, 베이스(134a) 위에 액체를 공급하고 스트립 라인(134b)에 전원을 인가함으로써 출수부가 대전된 액적을 방출할 수 있다. 구체적으로, 액체는 전원이 인가된 스트립 라인(134b)에 의해 대전되어 액적의 형태로 출수부 외부로 방출될 수 있다.
도 6에는 하나의 스트립 라인만이 도시되었으나, 베이스에는 복수의 스트립 라인이 형성될 수 있다. 또한, 직선 형태가 아닌 특정 모양이나 패턴을 갖도록 스트립 라인이 형성될 수도 있을 것이다.
출수부는 내부에 액체를 수용할 수 있는 형태로 제공될 수 있다. 예컨대, 출수부는 접시나 그릇 형상 등 하면 및 하면으로부터 상부로 연장 형성된 측면을 갖는 컨테이너 형태로 제공될 수 있다.
일 실시예에 따른 컨테이너 타입의 출수부를 포함하는 장치는, 저수부에 의해 컨테이너에 액체를 공급하고 가열부에 의해 컨테이너를 가열하며 전원부에 의해 컨테이너에 전압을 인가함으로 인해 컨테이너에 수용된 액체가 대전된 액적의 형태로 방출되도록 하여 장치 외부로 전하를 띠는 물질을 공급할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 컨테이너 타입의 출수부에 관한 도면이다. 도 7의 (a)를 참고하면, 컨테이너(135)는 하면 및 이로부터 연장된 측면을 포함할 수 있다. 컨테이너(135)는 내부에 액체를 수용할 수 있다. 도 3 및 도 7의 (a)를 참고하면, 컨테이너(135)는 저수부(110)로부터 액체를 공급받을 수 있다. 예컨대, 컨테이너(135)의 일 영역에 저수부(110)로부터 액체를 공급받을 수 있는 관, 호스 등이 연결될 수 있다. 컨테이너(135)에는 전원부(170)로부터 전압이 인가될 수 있다. 컨테이너(135)는 가열부(140)에 의해 가열될 수 있다.
컨테이너는 핀 형상의 부재를 포함할 수 있다. 도 7의 (b)를 참고하면, 컨테이너(136)는 컨테이너(136)의 하면으로부터 상부로 연장되어 형성된 핀(136a)을 포함할 수 있다. 컨테이너(136)에 핀(136a)이 형성되는 경우 출수부가 공급하는 전류량이 증가할 수 있다.
도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 컨테이너(136)는 복수의 핀(136a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 핀은 일정 간격을 갖도록 형성될 수 있다. 또는, 복수의 핀은 랜덤한 배열을 갖도록 형성될 수 있다. 핀의 개수 및 배열 등은 인가되는 전압의 세기, 외부로 공급하고자 하는 전류의 양, 저수부로부터 공급되는 액체의 양 등에 따라 달라질 수 있을 것이다.
컨테이너 타입의 출수부는 컨테이너 내부에 액체가 수용된 상태에서 동작이 개시될 수 있다. 도 8은 일 실시예에 따른 내부에 액체가 수용된 상태에서 동작이 개시되는 컨테이너 타입의 출수부에 관한 도면으로, 출수부에 인가되는 전압의 크기 변화 및 핀의 유무에 따른 장치가 공급하는 전류의 변화를 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 흑색 그래프는 핀이 형성되지 않은 컨테이너 형상의 출수부에 관한 데이터이고, 적색 그래프는 핀이 형성된 컨테이너 형상의 출수부에 관한 데이터이다.
출수부는 하면의 직경이 100mm이고 측면의 높이가 20mm인 컨테이너 형상으로 제공되었고, 일정량의 액체(여기에서는 전도도가 165μS/cm인 수돗물)가 담긴 상태에서 장치의 동작을 개시하였다. 컨테이너에 핀이 형성되는 경우, 각각 10mm의 길이를 갖는 9개의 핀이 3x3 배열을 갖도록 25mm의 간격으로 컨테이너의 중앙부에 형성되었다. 그래프에 표시된 온도(300℃)는 가열부로 이용된 핫플레이트의 온도이고, 유량(4ml/min)은 출수부에 단위 시간 당 공급된 액체의 양을 나타낸다. 액체는 출수부에 연결된 관을 통해 공급되었다.
도 8을 참고하면, 컨테이너에 핀이 형성되는 경우, 핀이 형성되지 않은 경우에 비해 전류가 증가함을 확인하였다. 동일한 가열부 온도 및 유량이되 핀이 형성되지 않은 경우의 데이터(흑색) 및 핀이 형성된 경우의 데이터(적색)를 비교하면, 핀이 형성된 경우 동일한 전압에서 핀이 형성되지 않은 경우에 비해 전류의 크기가 큰 경향을 보임을 확인할 수 있었다.
컨테이너 타입의 출수부는 컨테이너 내부에 액체가 수용되지 않은 상태에서 동작이 개시될 수 있다. 이 경우 컨테이너에 공급되는 액체의 유량은 액체가 컨테이너에 축적되지 않도록 조절될 수 있다. 또는, 컨테이너에 일정량 또는 일정 범위의 액체만 축적되도록 컨테이너에 공급되는 액체의 유량을 조절할 수 있다. 컨테이너에 공급되는 액체의 유량은 컨테이너에 인가되는 전압 및 컨테이너의 온도에 따라 달라질 수도 있을 것이다.
컨테이너에 공급되는 액체의 유량에 따라 장치로부터 방출되는 전류가 달라질 수 있다. 예를 들어, 유량이 증가하는 경우 전류량이 증가할 수 있다. 또는, 전류량을 최대화하기 위한 최적의 유량 또는 유량 범위가 존재할 수 있다.
출수부는 하면, 하면과 대향하는 상면 및 하면과 상면 사이에 형성된 측면을 포함하고 내부에 액체를 수용할 수 있는 중공이 형성된 컨테이너 형태로 제공될 수 있다. 출수부의 일 영역에는 내부에 수용된 액체를 방출할 수 있는 개구, 구멍, 홀 등이 형성될 수 있다. 예컨대, 출수부의 상면에 하나 이상의 개구가 형성될 수 있을 것이다.
도 9는 일 실시예에 따른 개구가 형성된 컨테이너 타입의 출수부에 관한 도면이다. 도 9의 (a)를 참고하면, 컨테이너(137)는 하면, 이와 대향하는 상면 및 상면과 하면 사이에 형성된 측면을 포함하고, 상면의 일 영역에는 개구(137a)가 형성될 수 있다. 도 7의 (a)와 비교하면, 도 9의 (a)의 컨테이너(137)는 도 7의 (a)의 컨테이너(135)의 상면에 개구가 형성된 덮개가 부착된 형태로 볼 수도 있을 것이다. 이 경우 덮개의 재질은 컨테이너의 재질과 동일할 수도 있고 다를 수도 있으며, 세라믹과 같은 전도성이 낮은 물질로 제작될 수도 있다. 도 3 및 도 9의 (a)를 참고하면, 컨테이너(137)는 저수부(110)로부터 액체를 공급받을 수 있다. 컨테이너(137)에는 전원부(170)로부터 전압이 인가될 수 있다. 컨테이너(137)는 가열부(140)에 의해 가열될 수 있다.
컨테이너에는 복수의 개구가 형성될 수 있다. 도 9의 (b)를 참고하면, 컨테이너(138)에는 일정한 간격으로 이격된 복수의 개구(138a)가 형성될 수 있다. 개구의 개수, 위치, 배열 등은 인가되는 전압의 세기, 외부로 공급하고자 하는 전류의 양, 저수부로부터 공급되는 액체의 양 등에 따라 달라질 수 있을 것이다.
도 10은 일 실시예에 따른 개구가 형성된 컨테이너 타입의 출수부에 관한 도면으로, 출수부에 인가되는 전압의 크기 변화, 가열부의 온도 변화 및 개구의 개수에 따른 장치가 공급하는 전류의 변화를 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 흑색 및 청색 그래프는 1개의 개구가 형성된 경우(도 9의 (a))에 관한 그래프이고, 적색 그래프는 9개의 개구가 형성된 경우(도 9의 (b))에 관한 그래프이다.
출수부는 하면의 직경이 100mm이고 측면의 높이가 45mm인 컨테이너 형상으로 제공되었고, 일정량의 액체(여기에서는 전도도가 165μS/cm인 수돗물)가 담긴 상태에서 장치의 동작을 개시하였다. 각각의 개구는 직경 0.7mm로 형성되었다.
도 10을 참고하면, 가열부 온도가 증가함에 따라 장치가 공급하는 전류량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 1개의 개구가 형성되고 유량이 4ml/min로 동일하되 가열부 온도만 270℃와 300℃로 다른 청색 및 흑색 그래프를 비교하면, 가열부 온도가 300℃인 경우(흑색) 270℃인 경우(청색)에 비해 더 많은 전류가 흐르는 경향을 보였다. 구체적으로, 가열부 온도가 300℃인 경우(흑색) 수 nA 내지 수십 nA의 전류가 측정되었고, 270℃인 경우(청색) 수 nA의 전류가 측정되었다.
또한, 개구의 개수에 따라 장치가 공급하는 전류가 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 가열부 온도 300℃, 유량 4ml/min으로 동일하되 개구의 개수만 1개 및 9개로 다른 흑색 및 적색 그래프를 비교하면, 개구가 9개인 경우(적색)와 개구가 1개인 경우(흑색)의 전류량이 상이한 것을 확인하였다.
컨테이너 타입의 출수부에 관, 호스 등이 연결되어 액체가 공급되는 것 외에 다른 방식으로 액체가 공급될 수 있다. 예를 들어, 액체를 분무하는 스프레이, 노즐 등으로부터 컨테이너로 액체가 분사되고, 분사된 액체가 컨테이너에 인가되는 전압에 의해 대전된 액적의 형태로 방출되어 장치 외부로 전하를 띠는 물질을 공급할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 노즐로부터 액체를 공급받는 컨테이너 타입의 출수부에 관한 도면이다. 도 11을 참고하면, 노즐은 공압을 이용해 액체를 분무할 수 있다(예를 들어, 이류체 노즐). 노즐로부터 분사된 액체는 컨테이너에 공급될 수 있다. 컨테이너에 공급된 액체는 컨테이너에 인가된 전압에 의해 대전되어 액적의 형태로 장치 외부로 방출될 수 있다. 또한, 컨테이너는 가열부에 의해 가열될 수 있다. 컨테이너의 온도가 변화함에 따라 장치가 방출하는 전류량이 변경될 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 노즐로부터 액체를 공급받는 컨테이너 타입의 출수부에 관한 도면으로, 노즐로부터 공급되는 유량에 따른 전류의 변화를 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 컨테이너에 23kV의 전압을 인가하고 가열부 온도는 300℃로 유지하였으며 시간에 따라 노즐이 공급하는 유량을 증가하면서 장치로부터 방출되는 전류를 측정하였다.
출수부는 하면의 직경이 100mm이고 측면의 높이가 20mm인 컨테이너 형상으로 제공되었고, 노즐로부터 공급되는 액체로는 전도도가 165μS/cm인 수돗물을 이용하였다. 노즐의 공압은 0.1MPa을 유지하였다.
도 12를 참고하면, 노즐이 공급하는 유량이 1ml/min, 4ml/min인 경우에는 전류가 측정되지 않았고, 유량이 10ml/min, 20ml/min인 경우 수십 nA 내지 수 μA의 전류가 측정되었다.
상기에서는 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100: 장치
110: 저수부
120: 급수부
130: 출수부
140: 가열부
150: 통신부
160: 센서부
170: 전원부
180: 제어부

Claims (7)

  1. 외부에 위치하는 대상 영역 내의 미세 입자 농도를 저감시키기 위한 장치에 있어서,
    일 면 및 상기 일 면으로부터 일 방향으로 연장 형성되는 측면을 포함하고 상기 일 면 및 상기 측면에 의해 내부에 액체가 수용되는 컨테이너;
    상기 컨테이너에 공급되는 액체를 저장하고 상기 컨테이너와 연결되는 저수부;
    상기 컨테이너를 가열하기 위하여 상기 컨테이너의 상기 일 면으로부터 상기 일 방향의 반대 방향에 배치되는 가열부;
    상기 컨테이너와 전기적으로 연결되어 상기 컨테이너에 전압을 인가하는 전원부; 및
    상기 컨테이너에 수용된 액체가 대전된 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되도록 상기 가열부 및 상기 전원부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되는 대전된 액적의 방출량을 조절하기 위하여 상기 컨테이너가 상기 가열부에 의해 가열되는 온도를 조절하고,
    상기 방출된 대전된 액적은 상기 장치의 외부에 위치하는 대상 영역 내의 미세 입자를 대전시키고 상기 대상 영역 내에 전하 밀도 분포를 형성하여 대전된 미세 입자를 상기 대상 영역 외부로 이동시키고,
    상기 대전된 미세 입자의 극성과 상기 전원부가 상기 컨테이너에 인가하는 전원의 극성은 동일한
    장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 컨테이너는, 상기 일 면으로부터 상기 일 방향으로 연장되어 형성되되 상기 컨테이너에 수용된 액체에 의해 적어도 일부가 잠기고 전압이 인가되는 하나 이상의 핀을 포함하는
    장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 컨테이너는, 상기 일 면과 대향하고 상기 측면과 접촉하며 중앙 영역에 하나 이상의 개구가 형성된 덮개를 포함하고,
    상기 대전된 액적은 상기 개구를 통해 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되는
    장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 대상 영역의 적어도 일부 영역 내의 전하 밀도를 일정 값 이상으로 유지하도록 상기 전원부가 상기 컨테이너에 인가하는 전압을 조절하는
    장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 컨테이너에 인가되는 전압의 크기는, 5kV 내지 100kV인 것을 특징으로 하는
    장치.
  7. 외부에 위치하는 대상 영역 내의 미세 입자 농도를 저감시키기 위한 장치에 있어서,
    일 면 및 상기 일 면으로부터 일 방향으로 연장 형성되는 측면을 포함하고 상기 일 면 및 상기 측면에 의해 형성된 내부 공간을 갖는 컨테이너;
    에어 펌프를 포함하고 상기 에어 펌프가 제공하는 압력에 의해 상기 컨테이너의 내부 공간으로 액체를 분사하는 노즐;
    상기 컨테이너를 가열하기 위하여 상기 컨테이너의 상기 일 면으로부터 상기 일 방향의 반대 방향에 배치되는 가열부;
    상기 컨테이너와 전기적으로 연결되어 상기 컨테이너에 전압을 인가하는 전원부; 및
    상기 노즐로부터 상기 컨테이너로 분사된 액체가 대전된 액적의 형태로 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되도록 상기 가열부 및 상기 전원부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 컨테이너로부터 외부로 방출되는 대전된 액적의 방출량을 조절하기 위하여 상기 컨테이너가 상기 가열부에 의해 가열되는 온도를 조절하고,
    상기 방출된 대전된 액적은 상기 장치의 외부에 위치하는 대상 영역 내의 미세 입자를 대전시키고 상기 대상 영역 내에 전하 밀도 분포를 형성하여 대전된 미세 입자를 상기 대상 영역 외부로 이동시키고,
    상기 대전된 미세 입자의 극성과 상기 전원부가 상기 컨테이너에 인가하는 전원의 극성은 동일한
    장치.
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