KR20030028151A - 정압 유지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기수력학적 분사(EHDA;Electro-Hydrodynamic Atomization 또는 Electrospraying)에 의하여 생성된 초미세입자들을 이용하여 분진들을 포집하는 분집포집기에 적용되는 정압 유지장치를 개시한다. 본 발명에 따른 정압 유지장치는 프레임과; 프레임에 일정한 간격을 두고 고정설치되어 있으며, 최상류의 파이프에는 액체공급수단이 연결되어 있는 다수의 파이프들과; 파이프의 각각에 다수개가 형성되어 있는 모세관들과; 파이프들중 인접하는 상류파이프와 하류파이프를 연통시키는 유로가 형성되어 있고, 파이프들내의 유체가 파이프들을 오버플로우하도록 유로의 일부가 상류파이프에 설치된 모세관들보다 높은 위치에 형성되어 있으며, 유로의 소정의 위치에는 통기구멍이 형성되어 있는 다수의 연결체들로 이루어져 있다. 본 발명에 따라, 초미세입자들이 다량으로 균일하게 분사됨으로써 많은 양의 분진들을 효과적으로 제거하는 효과가 있다.

Description

정압 유지장치{APPARATUS FOR MAINTAINING CONSTANT PRESSURE}
본 발명은 정압 유지장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 전기수력학적 분사 (EHDA;Electro-Hydrodynamic Atomization 또는 Electrospraying)에 의하여 생성된 초미세입자들을 이용하여 분진들을 포집하는 분집포집기에 적용되는 정압 유지장치에 관한 것이다.
전기수력학적 분사현상에 대하여는 오래전부터 연구되어 왔으며, 최근에는 초미세입자들에 대한 관심이 집중되면서 초미세입자들의 생성에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전기수력학적 분사장치는 고전압차의 전기장을 형성하여 고하전을 갖는 초미세입자들을 생성시키는 장치이다. 이와 같은 전기수력학적 분사장치는, 예를 들면, 미국특허 제 5,873,523 호에 개시되어 있다. 전기수력학적 분사장치에 의하여 초미세입자들이 생성되면 입자들은 수십 나노미터 크기로 대단히 작으며 또한 매우 높은 전하를 띠게 된다. 고하전의 초미세입자들은 질량분석기의 이온원등으로 이용되고 있다.
이와 같은 전기수력학적 분사장치를 이용하여 많은 양의 분진을 효율적으로 포집하기 위하여는 초미세입자들이 다량으로 발생하여야 하며, 또한 초미세자들이 균일하게 발생되어야 한다.
따라서, 본 발명은 이러한 점들을 고려하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다량의 초미세입자들을 균일하게 분사시킬 수 있는 정압 유지장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정압 유지장치의 하나의 실시예를 나타내는 사시도,
도 2는 도 1의 실시예의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 정압 유지장치의 작용을 설명하기 위한 모세관과 이온유도전극의 구성을 나타내는 배면도,
도 4는 본 발명에 따른 정압 유지장치의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣
10: 프레임20: 파이프
30: 모세관40: 액체공급기
51: 제1 연결부재52: 제2 연결부재
52a:통기구멍52b: 마개
53: 제3 연결부재54: 제4 연결부재
55,55': 제5 연결부재56: 제6 연결부재
56b: 통기구멍
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로 본 발명에 따른 정압 유지장치는 프레임과; 프레임에 일정한 간격을 두고 고정설치되어 있으며, 최상류의 파이프에는 액체공급수단이 연결되어 있는 다수의 파이프들과; 파이프의 각각에 다수개가 형성되어 있는 모세관들과; 파이프들중 인접하는 상류파이프와 하류파이프를 연통시키는 유로가 형성되어 있고, 파이프들내의 유체가 파이프들을 오버플로우하도록 유로의 일부가 상류파이프에 설치된 모세관들보다 높은 위치에 형성되어 있으며, 유로의 소정의 위치에는 통기구멍이 형성되어 있는 다수의 연결체들로 이루어져 있다.
이하, 본 발명에 따른 정압 유지장치의 실시예들을 첨부한 도면을 참고로하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명에 따른 정압 유지장치의 첫 번째 실시예를 설명한다. 본 발명의 정압 유지장치는 분진이 유도되어 제거되는 장소인 유도덕트에 직접 설치될 수 있는 단일의 조립체로 구성된다. 본 발명에 따른 정압유지장치가 설치되는 위치보다 하류에는 전기집진기(도시 안함)가 설치되며, 또한 유도덕트의 내부로 분진들을 유도하기 위하여 송풍기(도시 안함)가 배치된다.
본 발명에 따른 정압 유도장치는 프레임(10)에 상하로 일정한 간격을 두고 고정설치되는 다수의 파이프(20)들을 구비하고 있다. 파이프(20)들에는 각각 초미세입자들을 분사시키는 다수의 모세관(30)들이 파이프(20)들의 중앙부에 일정한 간격을 두고 설치되어 있다. 각각의 모세관(30)의 선단에는 초미세입자들이 방출되는 노즐이 구비되어 있다. 최상류의 파이프(21)에는 액체공급기(40)가 연결되어 있다. 액체공급기로는 물, 전구체(Precursor) 등의 액체의 유량을 조절하여 공급할 수 있는 시린지 펌프(Syringe Pump) 등에 의한 정액공급장치 또는 압축공기나 중력에 의한 액체주입기등이 사용된다.
다음으로, 액체공급기(40)로부터 공급되는 액체가 연속적으로 흐를 수 있도록 다수의 파이프(20)들을 서로 연결시키며, 초미세입자들이 분사되는 모세관(30)들에 정압(Constant Pressure)이 작용하도록 파이프(20)들의 양측에는 다수의 연결체(50)들이 제공된다. 모든 모세관(30)들에 일정한 압력이 작용하도록 하는 원리는 파이프(20)내의 유체가 오버플로우하도록 연결체(50)의 유로의 일부가 파이프(20)에 설치된 모세관(30)들보다 높이(H)만큼 높은 위치에 형성되어 있으며, 중력에 의한 수압차에 의하여 발생하는 사이펀현상(Siphon Phenomenon)을 방지하기 위하여 유로의 소정의 위치에 통기구멍을 형성시키는 것이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 설명의 편의상 인접하는 상하의 두 개의 파이프 (20)들을 유체의 흐름방향에 의하여 상류파이프(20A)와 하류파이프(20B)라 정의하면, 도 1 내지 도 3에 따른 실시예에서는 두 상류파이프(20A)와 하류파이프(20B)를 연결하기 위하여 연결체(50)로서 3개의 제1 내지 제3 연결부재들(51,52,53)이 사용된다. 제1 연결부재(51)의 입구는 상류파이프(20A)의 출구와 연통하고. 제1 연결부재(51)의 출구는 입구보다 높은 위치, 즉 상류파이프(20A)에 설치된 모세관(30)들보다 높이(H)만큼 높은 위치에 있다. 제1 연결부재(51)의 출구는 제2 연결부재(52)의 입구와 연통하고 있다. 그리고, 제2 연결부재(52)의 출구는 제3 연결부재(53)의 입구와 연통하며, 제3 연결부재(53)의 출구는 하류파이프(20B)의 입구와 연통하고 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 중력에 의한 수압차에 의하여 발생하는 사이펀현상을 방지하기 위하여 제2 연결부재(52)의 소정의 위치에는 유로를 외기와 접하게 하는 통기구멍(52a)이 형성되어 있다. 이와 같은 상류파이프(20A)와 하류파이프(20B) 및 이들 상류파이프(20A)와 하류파이프(20B)를 연결하는 제1 내지 제3 연결부재들 (51,52,53)이 좌우측에 연속적으로 프레임(10)에 고정적으로 설치됨으로써 전체의 시스템이 구성된다. 한편, 본 발명에 따른 정압유지장치가 도 1에서와 같이 수직으로 설치되는 경우에는 통기구멍(52a)이 개방되어 있어야 하며, 수평으로 설치되는 경우에는 통기구멍(52a)은 도 1에 도시한 마개(52b)에 의하여 폐쇄된다.
다음으로, 도 4를 참고하여 본 발명에 따른 정압 유지장치의 두 번째 실시예를 설명한다. 도 4의 실시예는 파이프(20)들의 다른 설치구성으로 액체공급기(40)으로부터 공급되는 액체가 파이프(20)들의 일측으로만 유동하고 반대측으로는흐르지 못하도록 막혀져 있는 구성의 예시이다. 도시되어 있는 바와 같이, 파이프(20)들의 우측은 모두 막혀 있으며, 파이프(20)들의 좌측으로만 액체가 흐르도록 되어 있다. 상류파이프(20A)와 하류파이프(20B)의 연결구성을 살펴보면, 상류파이프 (20A)는 제4 연결부재(54)와 연결되고 제4 연결부재(54)는 제5 연결부재(55)와 연결되어 있다. 제5 연결부재(55)의 출구는 상류파이프(20A)에 설치된 모세관(30)들보다 높이(H)만큼 높은 위치에 있다. 제5 연결부재(54)는 제6 연결부재(55)와 연결되며, 제6 연결부재(56)는 하류파이프(20B)와 연결되는 다른 제5 연결부재(55')와 연결되어 있다. 한편, 상술한 첫 번째 실시예와 마찬가지로 제6 연결부재(56)의 소정의 위치에도 통기구멍(56a)이 형성되어 있다.
본 발명에 따른 정압 유지장치를 이용하여 모세관(30)들의 노즐로부터 초미세입자들을 분사시키기 위하여 프레임(10)의 하부에는 메쉬형태의 이온유도전극 (60)이 설치되며, 모세관(30)들과 이온유도전극(60)에는 서로 상이한 전압이 각각 인가된다. 모세관(30)들에는 고전압이 인가되고, 이온유도전극(60)에는 저전압이 인가된다.
지금부터는, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 정압 유지장치의 작용에 대하여 설명한다.
우선, 초미세입자들의 생성에 대하여 설명한다. 상기한 바와 같이, 모세관 (30)들과 이온유도전극(60)에는 서로 상이한 전압이 인가된다. 이에 따라, 모세관들의 노즐로부터 분사되는 액체에는 매우 높은 전압구배가 발생하며 액체표면에서는 전기장에 의하여 액체를 잡아당기는 힘인 정전기력과 액체의 표면장력 사이에 균형이 깨지면서 액체표면이 부서져 액체로부터 매우 미세한 크기의 수많은 분사입자들이 발생한다. 이와 같이 생성된 입자는 그 크기가 수 나노미터(nanometer)에서 수백 나노미터정도로 극히 미세하다. 또한, 입자들은 고하전을 띠게 되며 그 전하량은 레일리 전하한계(Rayleigh Charge Limit)에까지 다다른다. 이와 같이 생성된 초미세입자들은 동일한 극성의 고하전을 띠게 된다.
노즐로부터 분사된 고하전의 초미세입자들은 유도덕트의 하류로 운동하게 된다. 이 때 송풍기에 의하여 유도덕트의 내부로 공급된 분진의 유동에 따라 초미세입자들은 계속하여 하류로 빠르게 이동하면서 분진들에 부착된다. 이에 따라, 분진들에 부착된 고하전의 초미세입자들에 의하여 분진은 고하전을 띠게 된다. 이상과 같이 초미세입자들이 부착된 고하전을 갖는 분진들은 유도덕트를 따라 이동하여 전기집진기에 도달하게 되어 집진된다.
한편, 모든 모세관(30)들의 압력이 동일하여야 모세관(30)들의 노즐로부터 균일한 양의 초미세입자들이 생성된다. 본 발명에 따라, 파이프(20)내의 유체가 오버플로우하도록 연결체의 유로의 일부가 파이프(20)에 설치된 모세관(30)들보다 높이(H)만큼 높은 위치에 있고 통기구멍(52a, 56a)이 형성되어 있으므로, 모세관(30)들은 정압을 유지하게 된다.
이상은 본 발명의 실시예들을 설명한 것이나, 본 발명의 보호범위가 상기 실시예들에만 한정되는 것이 아님은 물론이며, 상기한 실시예들에 나타낸 파이프들과 연결체들의 구성은 본 발명의 예시들을 나타낸 것으로 상기한 실시예들이외에도 연결부재들의 수와 구조는 특허청구범위내에서 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 상술한 실시예들에서는 연결체들에 각각 3개의 연결부재가 채용되었으나, 그 수에는 제한이 없다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 정압 유지장치는 모든 모세관들의 압력을 일정하게 유지시킴으로써 초미세입자들이 다량으로 균일하게 분사됨으로써 많은 양의 분진들을 효과적으로 제거하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 프레임과;
    이 프레임에 일정한 간격을 두고 고정설치되어 있으며, 최상류의 파이프에는 액체공급기가 연결되어 있는 다수의 파이프들과;
    이들 파이프의 각각에 다수개가 설치되어 있는 모세관들과;
    상기 파이프들중 인접하는 상류파이프와 하류파이프를 연통시키기 위하여 유로가 형성되어 있고, 상기 파이프들내의 유체가 상기 파이프들을 오버플로우하도록 상기 유로의 일부가 상기 상류파이프에 설치된 상기 모세관들보다 높은 위치에 형성되어 있으며, 상기 유로의 소정의 위치에는 통기구멍이 형성되어 있는 다수의 연결체들로 이루어져 있는 정압 유지장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연결체가 입구는 상기 상류파이프의 출구와 연통하고 출구는 상기 입구보다 높은 위치에 있는 제1 연결부재와, 입구는 상기 제1 연결부재의 출구와 연통하는 제2 연결부재와, 입구는 상기 제2 연결부재의 출구와 연통하고 출구는 상기 하류파이프의 입구와 연통하는 제3 연결부재로 구성된 정압 유지장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연결체가 상기 상류파이프와 연결되는 제4 연결부재와 이 제4 연결부재와 연결되고 출구는 상기 상류파이프의 입구보다 높은 위치에있는 제5 연결부재와, 이 제5 연결부재 및 상기 하류파이프와 연결되는 다른 제5 연결부재와 연결되는 제6 연결부재로 구성된 정압 유지장치.
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