KR20070023138A - 나노입자 생성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서로 다른 재료가 갖는 특성을 모두 가지거나 서로 다른 재료가 혼합되어 새로운 특성을 갖는 나노입자를 생성시키는 나노입자 생성장치를 개시한다.
이를 위해 본 발명에 따른 나노입자 생성장치는 내부에 공기유로가 형성된 챔버와 상기 챔버 내에 마련된 공기유로에 대향하도록 마련된 복수개의 전극에 전원을 인가하여 나노입자를 생성하는 나노입자 생성장치에 있어서, 상기 복수개의 전극을 서로 다른 재료로 사용한다.

Description

나노입자 생성장치{Nano Particle Generator}
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 나노입자 생성장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 나노입자 생성장치의 구성도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10: 챔버 11: 제 1유로
20: 송풍팬 30: 나노입자생성부
31a: 제 1전극 31a: 제 2전극
32: 고정부재 33: 고전압밸생부
40: 불활성기체공급장치 41: 제 2유로
42: 질소분리장치 43: 불활성기체공급관
50: 방전공간 60: 질소탱크
본 발명은 나노입자 생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 대향된 전극에 고전압을 인가하여 나노입자를 생성시키는 방전형 나노입자 생성장치에 관한 것이다.
일반적으로 나노입자는 독특한 물리적 화학적 성질을 나타내는 입자로 가전제품이나 공조시스템, 대기오염 제어설비 등에 사용된다.
이러한 나노입자는 크기가 1nm에서 100nm 정도의 크기를 가지는 극미세입자를 말하며, 이러한 나노입자는 미세한 입자크기에 따라 기하급수적으로 증가하게 되는 표면적을 통해 벌크상태와 차별되는 독특한 물리적 화학적 특성을 갖게 된다. 즉, 물질은 입자크기가 작아질수록 그 표면적의 확대를 통해 표면 원자가 차지하는 비율이 높아지게 되는데, 열역학적 관점에서 보면 표면을 구성하는 원자들은 내부에 위치한 원자들보다 에너지가 높다. 이를 통해 나노입자 물질은 소위 양자크기효과(Quantum Size Effect)라고 하여 벌크상태의 물질보다 단위 원자당 높은 에너지를 갖게 되며, 이러한 양자크기효과를 통해 나노입자는 강도나 녹는점이 향상되거나 촉매로 사용될 경우 높은 활성을 보이게 되는 등 독특한 물리적 또는 화학적 특성을 갖게 된다.
이와 같은 특성을 가지는 나노입자는 통상 저압의 불활성기체나 공기 중에서 재료를 가열할 경우 재료로부터 발생하는 기체가 응축되면서 나노입자를 생성하는 가열형 나노입자 생성법과 덩어리 재료로 이루어진 두 개의 대향된 전극과 각각의 전극에 고전압을 인가하는 고전압발생기를 구비하고 각각의 전극에 수 kV에서 수 십 kV의 전압을 인가할 때 전극사이에 스파크 방전을 발생시키고 그 스파크로 인해 전극 표면에서 기화한 물질이 온도가 감소되면 핵화되어 나노입자를 생성하는 방전형 나노입자 생성법으로 나누어진다.
상기 두 가지 생성법 중에서 방전형 나노생성법으로 나노입자를 생성할 경우 같은 극을 사용하므로 한번에 한 가지 특성을 갖는 나노입자만 생성할 수 있었다.
본 발명은 상기와 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전극에 고전압을 인가하여 나노입자를 발생시키는 방전형 나노입자 생성장치에 있어서, 서로 다른 재료가 갖는 특성을 모두 가지는 나노입자를 생성하거나 서로 다른 재료가 혼합되어 새로운 특성을 나타내는 나노입자를 생성할 수 있는 나노입자 생성장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 나노입자 생성장치는 내부에 공기유로가 형성된 챔버와 상기 챔버 내에 마련된 공기유로에 대향하도록 마련된 복수의 전극에 전원을 인가하여 나노입자를 생성하는 나노입자 생성장치에 있어서, 상기 복수개의 전극을 서로 다른 재료로 사용한다.
또한, 상기 복수개의 전극 중 제 1전극은 금, 은, 구리 등과 같이 살균 특성을 가지는 재료를 사용하며, 제 2전극은 탄소, 티타늄 등과 같이 가스 흡착 특성을 가지는 재료를 사용하여 상기 제 1전극과 제 2전극에 사용된 재료의 특성을 모두 가지는 나노입자를 생성시키거나, 상기 복수개의 전극 중 제 1전극은 티타늄을 사용하고, 제 2전극은 철, 텅스텐, 아연 등을 사용하여 이산화티탄 등과 같은 광촉매 특성 물질에 다른 금속 성분이 혼합되어 가시광에서 활성을 나타내는 나노입자를 생성시킨다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노입자 생성장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 생성장치는 길이방향으로 소정길이를 갖는 챔버(10), 공기가 흐르도록 챔버(10)의 좌측에서 우측으로 관통하도록 마련된 제 1유로(11)와, 상기 제 1유로(11)의 입구(11a)측에 마련되어 외부공기를 제 1유로(11) 내부로 공급하고, 생성된 나노입자를 챔버(10) 외부로 전달할 수 있도록 송풍력을 제공하는 송풍팬(20)과, 상기 제 1유로(11) 중도에 설치되며 나노입자를 생성하기 위한 재료를 가지며, 상기 재료에 전기방전을 일으켜 나노입자를 생성하는 나노입자생성부(30)와 전기방전에 의해 공기중에 포함된 산소(O2)가 반응하여 유해가스를 발생시키는 것을 방지하기 위해 산소의 공급을 차단시키며 전기방전이 안정하게 일어날 수 있도록 나노입자생성부(30)의 전기방전공간에 불활성기체를 공급하는 불활성기체공급장치(40)를 구비한다.
나노입자생성부(30)는 송풍팬(20)과 소정거리 이격된 위치의 제 1유로(11) 상의 챔버(10) 상측과 하측에 각각 설치되며, 나노입자를 만들기 원하는 재료가 봉 이나 판 형태로 이루어진 대향된 두 개의 전극(31a,31b)과, 상기 두 개의 전극(31a,31b)을 고정시키는 고정부재(32)와 상기 고정부재(32)를 통해 두 개의 전극에 고전압을 인가하는 고전압발생부(33)로 이루어진다.
상기 불활성기체공급장치(40)는 불활성기체공급관을 통하여 두 개의 전극(31a,31b) 사이의 방전공간(50)에 불활성기체를 공급하여 공기 중의 산소(O2) 등이 전기방전에 의해 반응하여 유해가스 등의 부가적인 생성물을 발생하는 것을 최대한 억제시키며 전기방전이 안정적으로 일어날 수 있도록 유도한다.
도 1에는 방전공간(50)에 공급되는 불활성기체로 질소(N2)를 사용한 경우가 도시되어 있는데, 불활성기체공급장치(40)는 공기 조성 중 질소(N2)를 분리하기 위해 챔버(10)를 관통하는 제 2유로(41)와 상기 제 2유로(41) 상에 마련되어 공기중의 질소(N2)를 분리하는 질소분리장치(42)와 상기 질소분리장치(42)에 의해 분리된 질소(N2)를 두 개의 전극(31a,31b) 사이의 방전공간(50)으로 도입하는 불활성기체공급관(43)으로 이루어진다.
두 개의 전극(31a,31b)이 형성하는 방전공간(50)으로 질소(N2)만이 공급되도록 두 개의 전극(31a,31b)은 질소공급관(43)에 삽입되어 설치되고, 두 개의 전극(31a,31b) 사이에 마련되는 방전공간(50)은 질소공급관(43) 내부에 수용된다.
질소분리장치(42)를 통하여 질소(N2)만을 방전공간(50)에 도입하는 도 1의 불활성기체공급장치(40)와는 달리 도 2에는 제 2유로(41)와 연결되며 질소(N2)가 채워진 질소탱크(60)와 질소탱크(60)로부터 공급되는 질소(N2)를 두 개의 전극(31a,31b) 사이의 방전공간(50)으로 도입하는 불활성기체공급관(43)으로 이루어진다.
질소탱크(60)를 이용하여 질소를 공급하는 경우는 질소분리장치(42)를 이용하여 질소(N2)를 분리하여 공급하는 경우보다 높은 순도의 질소(N2)를 공급할 수 있다.
상기와 같이 구성된 나노입자 생성장치에서 고전압발생부(33)에 연결된 두 개의 전극(31a,31b)에 전극(31a,31b)간격에 따라 수 kV에서 수 십 kV의 전압을 인가하면, 전극(31a,31b) 사이에서 스파크 방전 등의 전기방전이 일어난다. 전기방전에 의해 전극(31a,31b)으로 사용되는 재료의 표면 온도는 국부적으로 절대온도로 수 만 도(보통 20000K 이상) 상승하고, 전극(31a,31b) 표면에서 재료 물질이 기화(evaporation)한 후, 제 1유로(11)의 공기유동 따라 움직이는 순간 급격한 온도 감소로 핵화(nucleation)되어 나노입자가 생성된다. 이때 전극(31a,31b)에 인가되는 전압, 제 1유로(11)를 통과하는 기체의 유량과 전극(31a,31b)의 크기 등을 제어하면 1~100nm직경을 갖는 나오입자를 106~108 개/cm3 의 농도로 생성할 수 있다.
이와 같이 생성된 나노입자는 챔버(10)의 제 1유로(11)에 설치된 송풍팬(20)을 작동시키거나, 인위적으로 만들어진 공기유로(11)의 압력차에 의해 원하는 위치 로 이동하게 된다.
이 때, 두 개의 전극(31a,31b)으로 사용되는 재료를 각각 달리하면, 서로 다른 재료가 갖는 특성을 모두 가지는 나노입자를 생성시키거나 서로 다른 재료가 혼합되어 새로운 특성을 나타내는 나노입자를 생성시킬 수 있다.
일예로 제 1전극(31a)은 금, 은, 구리 등과 같이 살균 특성을 가지는 재료를 사용하고, 제 2전극(31b)은 탄소, 티타늄 등과 같이 가스흡착 특성을 가지는 재료를 사용하여 두 개의 전극(31a,31b)에 수 kV에서 수 십 kV의 전압을 인가하면 살균 특성과 가스흡착 특성을 모두 가지는 나노입자가 생성된다.
이와 달리 제 1전극(31a)은 티타늄을 사용하고, 제 2전극(31b)은 철, 텅스텐, 아연 등을 사용하여 각각의 전극(31a,31b)에 수 kV에서 수 십 kV의 전압을 인가하면 이산화티탄 등의 광촉매 특성물질에 금속물질이 혼합되어 가시광에서 활성을 나타낼 수 있는 광촉매 나노입자를 생성할 수 있다.
이와 같은 방법으로 생성된 나노입자를 가전제품이나 공조시스템, 대기오염 제어설비 등에 사용하면 살균효과 및 유해가스 흡착효과를 동시에 발휘할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노입자 생성장치에 의하면, 서로 다른 재료가 가지는 특성을 모두 가지거나, 서로 다른 재료가 혼합되어 새로운 특성을 나타내는 나노입자를 생성시킬 수 있어 별도의 나노입자를 생성시켜 혼합하는 방법에 비해 편리한 효과를 가진다

Claims (5)

  1. 내부에 공기유로가 형성된 챔버와 상기 챔버 내에 마련된 공기유로에 대향하도록 마련된 복수개의 전극에 전원을 인가하여 나노입자를 생성하는 나노입자 생성장치에 있어서,
    상기 복수개의 전극을 서로 다른 재료로 사용하여, 서로 다른 재료가 갖는 특성을 모두 가지는 나노입자를 생성시키거나 서로 다른 재료가 혼합되어 새로운 특성을 갖는 나노입자를 생성시키는 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 전극 중 제 1전극은 금, 은, 구리 등과 같이 살균 특성을 가지는 재료를 사용하며, 제 2전극은 탄소, 티타늄 등과 같이 가스흡착 특성을 가지는 재료를 사용하여 상기 제 1전극과 제 2전극에 사용된 재료의 특성을 모두 가지는 나노입자를 생성시키는 나노입자 생성장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 전극 중 제 1전극은 티타늄을 사용하고, 제 2전극은 철, 텅스텐, 아연 등을 사용하여 각각의 전극에 전압을 가하면 이산화티탄 등과 같은 광촉매 특성 물질에 제 2전극의 금속성분이 혼합되어 가시광에서 활성을 나타내는 나노입자를 생성하는 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 공기유로에는 질소 등의 불활성기체만을 분리하는 불활성기체 분리부와 상기 분리된 불활성기체를 상기 복수의 전극 사이의 방전공간에 공급하는 불활성기체 공급관을 포함하는 불활성기체공급장치가 설치된 나노입자 생성장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 공기유로에는 질소 등의 불활성기체를 공급하는 불활성기체 공급탱크와 상기 불활성기체 공급탱크로부터 분사되는 불활성기체를 상기 복수의 전극 사이의 방전공간에 공급하는 불활성기체 공급관을 포함하는 불활성기체공급장치가 설치된 나노입자 생성장치.
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