KR20120043325A - Nano-sized particle generating device for control of boundary layer of submerged body - Google Patents

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KR20120043325A
KR20120043325A KR1020100104569A KR20100104569A KR20120043325A KR 20120043325 A KR20120043325 A KR 20120043325A KR 1020100104569 A KR1020100104569 A KR 1020100104569A KR 20100104569 A KR20100104569 A KR 20100104569A KR 20120043325 A KR20120043325 A KR 20120043325A
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안해성
이영연
이창용
반석호
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Abstract

PURPOSE: A nanoparticle manufacturing apparatus for controlling boundary layer of submerged body is provided to bring monodispersed nano particles in bubble into the boundary layer of the submerged body by forming bubbles on surface of the submerged body. CONSTITUTION: A nanoparticle manufacturing apparatus for controlling boundary layer of submerged body comprises an atomizer(1) in which NaCl or DEHS solution is sprayed in order to produce polydispersed nanoparticles, a diffusion dryer(2) which eliminates moisture of the polydispersed nanoparticles; a neutralizer(3) which electric charging the moisture removed polydispersed nanoparticles to positive charge or negative charge; polydispersed nanoparticles that are moisture removed, and a DMA(differential mobility analyzer)(4) which brings the monodispersed nanoparticles into a submerged body(6) by applying voltage to polydispersed nanoparticles and producing monodispersed nanoparticles.

Description

몰수체의 경계층 제어용 나노입자 생성 장치{nano-sized particle generating device for control of boundary layer of submerged body}Nano-sized particle generating device for control of boundary layer of submerged body}

본 발명은 몰수체의 경계층 제어용 나노입자 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nanoparticle generating device for controlling the boundary layer of the condensate.

1. 본 발명에서는 유체에서의 마찰저항을 발생시키는 원인인 유체의 점성으로 인한 경계층(boundary layer)의 특성을 나노입자(nano-sized particle)를 이용하여 변형시키고, 이를 통하여 마찰저항을 감소시키는 경계층 제어를 시도함으로써 에너지효율 향상을 비롯한 실질적인 효과를 창출하는 핵심 기반기술을 확보하고자 한다.1. In the present invention, the boundary layer to modify the characteristics of the boundary layer (boundary layer) due to the viscosity of the fluid that causes the frictional resistance in the fluid using nano-sized particles, thereby reducing the frictional resistance By attempting to control, we hope to secure core infrastructure technologies that create practical effects, including energy efficiency improvements.

2. 경계층 특성 제어 및 마찰저항 감소를 위한 나노입자의 생성은 기존의 공기주입법이나 탄성피막법 또는 유동구조의 변형방법에 비해 경제적이고, 입자 생성이 용이하며, 친수성/소수성, 입경, 입자형태 및 입자농도 등 다양한 입자의 특성이 경계층에 미치는 영향을 효과적으로 파악할 수 있다.2. The production of nanoparticles for controlling boundary layer properties and reducing frictional resistance is more economical, easier to produce particles, hydrophilic / hydrophobic, particle size, particle shape and The effect of various particle characteristics such as particle concentration on the boundary layer can be effectively identified.

3. 경계층 특성 제어 및 마찰저항 감소를 위한 나노입자의 생성은 마찰저항 감소를 위한 연구로서는 활발하게 시도되지 않은 분야이고 향후 실용화 및 기능 고도화를 위한 기반기술에 대한 선행연구로서의 파급효과가 매우 넓은 연구임과 동시에 실용화를 위한 핵심 연구로 기술의 보유 및 확보가 필요하다.3. The generation of nanoparticles to control the boundary layer properties and reduce the frictional resistance has not been actively attempted to reduce the frictional resistance, and has a very widespread effect as a prior research on the basic technology for the practical use and the advancement of functions. At the same time, it is necessary to possess and secure technology as a core research for practical use.

본 발명은 나노입자들을 생성하고 이를 포함한 버블을 이용해 몰수체의 경계층의 특성을 변화시켜 난류강도 및 마찰저항을 감소시킬 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a device that can reduce the turbulence strength and friction resistance by changing the properties of the boundary layer of the condensate using the bubbles containing the nanoparticles.

본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시 예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.Other objects and advantages of the present invention will be described below, which is not limited to the matters disclosed in the claims of the present invention and the disclosures of the embodiments thereof, but also to the broader ranges by means and combinations within the range that can be easily contemplated therefrom. Add that it will be included.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

NaCl 또는 DEHS 용액을 분무시켜 다분산 나노입자들을 생성하는 아토마이저;An atomizer that sprays NaCl or DEHS solution to produce polydisperse nanoparticles;

상기 아토마이저에서 생성된 다분산 나노입자들의 수분을 제거하는 디퓨전 드라이어;A diffusion dryer for removing moisture of the polydisperse nanoparticles produced by the atomizer;

상기 디퓨전 드라이어를 통과한 다분산 나노입자들을 양전하 또는 음전하로 하전시키는 뉴트럴라이저 및;A neutralizer for charging the polydisperse nanoparticles passed through the diffusion dryer to a positive or negative charge;

상기 뉴트럴라이저에 의하여 하전된 다분산 나노입자들에 전압을 인가하여 균일한 크기의 단분산 나노입자들을 생성하고 이를 몰수체에 유입시키는 디엠에이;A DM for applying a voltage to the polydispersed nanoparticles charged by the neutralizer to generate monodisperse nanoparticles having a uniform size and injecting the same into a condensate;

를 포함하는 몰수체 표면의 경계층 제어용 나노입자 생성 장치를 제시한다.It provides a nanoparticle generating device for controlling the boundary layer of the surface of the condensate containing.

본 발명은 나노입자들을 생성하고 이러한 나노입자들을 포함하는 버블을 몰수체 표면에 형성하여 버블 속의 나노입자들이 몰수체의 경계층으로 유입되도록 함으로써 난류강도 및 마찰저항을 감소시킬 수 있다.The present invention can reduce the turbulence strength and frictional resistance by generating nanoparticles and forming a bubble containing such nanoparticles on the surface of the condensate so that the nanoparticles in the bubble flow into the boundary layer of the condensate.

본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시 예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.Other effects of the present invention, as well as the matters described in the above-described embodiments and claims of the present invention, as well as potential effects that may occur within the range that can be easily estimated therefrom and potential advantages that contribute to industrial development It will be added that it will be covered by a wider scope.

도 1은 본 발명에 따른 몰수체의 경계층 제어용 나노입자 생성 장치의 계통도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아토마이저.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 디퓨전 드라이어.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 뉴트럴라이저.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디엠에이.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 에이피에스.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 몰수체.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 디엠에이의 작동원리.
도 9는 본 발명에 의한 난류강도 감소 효과.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 몰수체에 형성된 홀.1 is a system diagram of the nanoparticle generating device for controlling the boundary layer of the condensate according to the present invention.
2 is an atomizer according to an embodiment of the present invention.
3 is a diffusion dryer according to an embodiment of the present invention.
4 is a neutralizer according to an embodiment of the present invention.
5 is a DM according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is according to an embodiment of the present invention.
7 is a condenser in accordance with an embodiment of the present invention.
8 is an operating principle of the DM in accordance with an embodiment of the present invention.
9 is a turbulence intensity reduction effect according to the present invention.
10 is a hole formed in the condenser according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, preferred embodiments of the present invention will be described below, but the technical spirit of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art.

도 1은 본 발명에 따른 몰수체의 경계층 제어용 나노입자 생성 장치의 계통도이다.1 is a system diagram of a nanoparticle generating device for controlling the boundary layer of the condensate according to the present invention.

본 발명은 나노입자(nano-sized particle)들을 생성하고 이를 포함한 버블을 이용해 몰수체(submerged body)(6)의 경계층(boundary layer)의 특성을 변화시켜 난류강도 및 마찰저항을 감소시킬 수 있는 장치로서, 아토마이저(atomizer)(1), 디퓨전 드라이어(diffusion dryer)(2), 뉴트럴라이저(neutralizer)(3) 및 디엠에이(DMA, differentail mobility analizer)(4)를 포함하여 이루어진다.The present invention is a device that can reduce the turbulence strength and friction resistance by generating nano-sized particles and using the bubbles containing them to change the characteristics of the boundary layer of the submerged body (6) It comprises an atomizer 1, a diffusion dryer 2, a neutralizer 3 and a differentail mobility analizer 4 (DMA).

이하, 각 구성요소별로 상세하게 설명한다.
Hereinafter, each component will be described in detail.

아토마이저(1)는 NaCl 또는 DEHS 용액을 분무시켜 다분산 나노입자들을 생성한다.The atomizer 1 sprays NaCl or DEHS solution to produce polydisperse nanoparticles.

여기서, 다분산 나노입자라 함은 입자직경이 다양한 나노사이즈의 입자를 말한다.
Here, the polydisperse nanoparticles refer to particles of nanosize having various particle diameters.

디퓨전 드라이어(2)는 아토마이저(1)에서 생성된 다분산 나노입자들의 수분을 제거한다.The diffusion dryer 2 removes the moisture of the polydisperse nanoparticles produced by the atomizer 1.

이처럼 디퓨전 드라이어(2)가 다분산 나노입자들의 수분을 제거하는 것은 건조된 공기 상태에서 입자를 생성하기 위함이다.
The removal of moisture of the polydisperse nanoparticles by the diffusion dryer 2 is to generate particles in a dried air state.

뉴트럴라이저(3)는 디퓨전 드라이어(2)를 통과한 다분산 나노입자들을 양전하 또는 음전하로 하전시킨다.The neutralizer 3 charges the polydisperse nanoparticles passed through the diffusion dryer 2 to a positive or negative charge.

이처럼 뉴트럴라이저(3)가 다분산 나노입자들을 양전하 또는 음전하로 하전시키는 것은 전기장이 형성된 부분에서 전기적 인력으로 특정 크기의 입자를 선택하기 위함이다.
As such, the neutralizer 3 charges the polydisperse nanoparticles to positive or negative charges in order to select particles of a specific size by electrical attraction in the electric field.

디엠에이(4)는 뉴트럴라이저(3)에 의하여 하전된 다분산 나노입자들에 전압을 인가하여 100nm 내지 1000nm 범위의 균일한 크기를 갖는 단분산 나노입자들을 생성하고 이를 몰수체(6)에 유입시킨다.The DM 4 applies a voltage to the polydispersed nanoparticles charged by the neutralizer 3 to generate monodisperse nanoparticles having a uniform size in the range of 100 nm to 1000 nm and inflows into the condensate 6. Let's do it.

여기서, 단분산 나노입자라 함은 동일한 직경을 가진 나노사이즈의 입자를 말한다.Herein, the monodisperse nanoparticles refer to nanosized particles having the same diameter.

그리고 이처럼 디엠에이(4)가 다분산 나노입자들에 전압을 인가하여 단분산 나노입자들을 생성하는 것은 단분산 나노입자들을 몰수체(6)에 최종적으로 유입시키기 위함이다.In this way, the DM 4 applies the voltage to the polydisperse nanoparticles to generate monodisperse nanoparticles to finally introduce the monodisperse nanoparticles into the condensate 6.

본 발명에서 디엠에이(4)가 단분산 나노입자들을 생성하는 작동원리를 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 8에서 Qa는 다분산 나노입자의 유량을, Qc는 균일한 유량을 유입시키기 위한 청정공기의 유량을, Qm은 균일한 유량을 만들기 위해 빠져나가는 잉여공기의 유량을, Qs는 단분산 나노입자들이 토출되는 공기유량을 의미한다. 디엠에이(4)는 특정 전압 인가를 통해 전기적 인력으로 Qs의 유량을 가진 단분산 나노입자들을 생성하게 된다.
Referring to FIG. 8, the DM 4 generates monodisperse nanoparticles by referring to FIG. 8. In FIG. 8, Qa represents the flow rate of the polydispersed nanoparticles, Qc represents the flow rate of clean air for introducing a uniform flow rate, Qm represents the flow rate of surplus air flowing out to create a uniform flow rate, and Qs represents the monodisperse nanoparticles. Means the air flow rate is discharged. The DM 4 generates monodisperse nanoparticles having a flow rate of Qs through electrical attraction through a specific voltage application.

한편, 본 발명의 경우 디엠에이(4)에서 생성된 단분산 나노입자들의 농도를 측정하는 에이피에스(APS, aerosol paricle sizer)(5)를 추가로 포함하는 것이 바람직한데, 이처럼 에이피에스(5)가 디엠에이(4)에서 생성된 단분산 나노입자들의 농도를 측정함으로써 농도에 따른 단분산 나노입자의 영향을 파악할 수 있다.
Meanwhile, in the present invention, it is preferable to further include an aerosol paricle sizer (APS) 5 for measuring the concentration of monodisperse nanoparticles generated in the DM (4). By measuring the concentration of monodisperse nanoparticles generated in the DM (4) it can be determined the effect of the monodisperse nanoparticles according to the concentration.

몰수체(6)는 물 속에 잠겨 물의 유동에 의한 경계층이 생성되는 대상이다.The condenser 6 is an object that is submerged in water to create a boundary layer due to the flow of water.

본 발명에 따른 몰수체(6)는 도 10에 도시된 바와 같이 다수 개의 미세한 홀이 몸체에 형성되어 있는데, 몰수체(6)는 이러한 홀을 통하여 디엠에이(4)로부터 유입된 단분산 나노입자들을 배출함으로써 몰수체(6) 표면에 단분산 나노입자들을 포함하는 2LPM 내지 20LPM의 버블이 형성되도록 한다.The condensed body 6 according to the present invention has a plurality of fine holes formed in the body as shown in FIG. 10, and the condensed body 6 is monodisperse nanoparticles introduced from the DM 4 through these holes. By discharging them, bubbles of 2LPM to 20LPM containing monodisperse nanoparticles are formed on the surface of the condenser 6.

여기서, LPM(liter per minute)이란 분당 분사되는 liter 수를 말한다. 그리고 본 발명에서 버블이 2LPM 이하가 되면 입자의 영향력 파악이 어려우므로 문제가 되고, 20LPM 이상이 되면 버블 분사로 인한 형상저항의 증가가 상대적으로 커지므로 문제가 된다.Here, LPM (liter per minute) refers to the number of liters injected per minute. In the present invention, when the bubble is less than 2LPM, it becomes a problem because it is difficult to grasp the influence of the particles, and when the bubble is more than 20LPM, the increase in shape resistance due to the bubble injection becomes relatively large.

한편, 몰수체(6)에 형성되는 홀의 크기와 개수 또는 배열은 그 목적에 따라 다양하게 변화시킬 수 있는데, 예를 들면 본 발명의 실시 예와 같이 지름 0.5mm의 홀을 30개씩 3열로 배치하는 것도 그 중의 한 방법이 될 수 있다(도 10).
On the other hand, the size, number or arrangement of holes formed in the concave body 6 can be changed in various ways according to the purpose, for example, as shown in the embodiment of the present invention is arranged in three rows of 30 holes with a diameter of 0.5mm It may be one of them (Fig. 10).

이처럼 몰수체(6) 표면에 단분산 나노입자들을 포함하는 버블이 형성되면, 버블 속의 단분산 나노입자들이 몰수체(6)의 경계층으로 유입되며, 이렇게 유입된 단분산 나노입자들의 작용으로 인하여 경계층의 난류강도 및 마찰저항이 감소하게 된다.When bubbles including monodisperse nanoparticles are formed on the surface of the condensate 6, monodisperse nanoparticles in the bubble flow into the boundary layer of the condensate 6, and the boundary layer is formed by the action of the monodisperse nanoparticles. The turbulence strength and frictional resistance of F are reduced.

본 발명에서 단분산 나노입자들의 작용으로 인하여 경계층의 난류강도 및 마찰저항이 감소하는 작용원리를 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 9에서 (a)는 단분산 나노입자들의 작용이 없는 경우 난류강도 및 마찰저항이 큰 상태를, (b)는 단분산 나노입자들의 작용으로 난류강도 및 마찰저항이 감소한 상태를 보여준다. (b)의 경우 경계층 사이의 운동량이 단분산 나노입자들로 인해 감소하므로 난류강도 및 마찰저항이 감소하게 된다.
Referring to FIG. 9, the principle of action of reducing turbulence strength and frictional resistance of the boundary layer due to the action of monodisperse nanoparticles in the present invention is as follows. In FIG. 9, (a) shows a state in which turbulence strength and friction resistance are large when there is no action of monodisperse nanoparticles, and (b) shows a state in which turbulence strength and friction resistance are reduced by the action of monodisperse nanoparticles. In the case of (b), the momentum between the boundary layers decreases due to the monodisperse nanoparticles, thereby reducing the turbulence strength and frictional resistance.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

1 : 아토마이저(atomizer)
2 : 디퓨전 드라이어(diffusion dryer)
3 : 뉴트럴라이저(neutralizer)
4 : 디엠에이(DMA, differentail mobility analizer)
5 : 에이피에스(APS, aerosol paricle sizer)
6 : 몰수체(submerged body)1: atomizer
2: diffusion dryer
3: neutralizer
4: differentail mobility analizer (DMA)
5: aerosol paricle sizer (APS)
6: submerged body

Claims (6)

NaCl 또는 DEHS 용액을 분무시켜 다분산 나노입자들을 생성하는 아토마이저;
상기 아토마이저에서 생성된 다분산 나노입자들의 수분을 제거하는 디퓨전 드라이어;
상기 디퓨전 드라이어를 통과한 다분산 나노입자들을 양전하 또는 음전하로 하전시키는 뉴트럴라이저 및;
상기 뉴트럴라이저에 의하여 하전된 다분산 나노입자들에 전압을 인가하여 균일한 크기의 단분산 나노입자들을 생성하고 이를 몰수체에 유입시키는 디엠에이;
를 포함하는 몰수체 표면의 경계층 제어용 나노입자 생성 장치.An atomizer that sprays NaCl or DEHS solution to produce polydisperse nanoparticles;
A diffusion dryer for removing moisture of the polydisperse nanoparticles produced by the atomizer;
A neutralizer for charging the polydisperse nanoparticles passed through the diffusion dryer to a positive or negative charge;
A DM for applying a voltage to the polydispersed nanoparticles charged by the neutralizer to generate monodisperse nanoparticles having a uniform size and injecting the same into a condensate;
Nanoparticle generation device for boundary layer control of the surface of the condensate containing. 제 1 항에 있어서,
상기 디엠에이에서 생성된 단분산 나노입자들의 농도를 측정하는 에이피에스;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 몰수체 표면의 경계층 제어용 나노입자 생성 장치.The method of claim 1,
Apparatus for measuring the concentration of mono-dispersed nanoparticles produced in the DM; APS; Nanoparticles generating device for the boundary layer control on the surface of the molar body further comprising. 제 1 항에 있어서,
상기 디엠에이는 100nm 내지 1000nm 범위의 균일한 크기를 갖는 단분산 나노입자들을 생성하는 것을 특징으로 하는 몰수체 표면의 경계층 제어용 나노입자 생성 장치.The method of claim 1,
The DM is nanoparticle generating device for controlling the boundary layer on the surface of the molar surface, characterized in that for producing monodisperse nanoparticles having a uniform size in the range of 100nm to 1000nm. 제 1 항에 있어서,
상기 몰수체는 몸체에 형성된 다수 개의 미세한 홀을 통하여 상기 디엠에이로부터 유입된 단분산 나노입자들을 배출함으로써 상기 몰수체 표면에 단분산 나노입자들을 포함하는 버블이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 몰수체 표면의 경계층 제어용 나노입자 생성 장치.The method of claim 1,
The condensate surface of the condensate surface is characterized in that the bubble containing monodisperse nanoparticles are formed on the surface of the condensate body by discharging monodisperse nanoparticles introduced from the DM through a plurality of minute holes formed in the body. Nanoparticle generation device for boundary layer control. 제 4 항에 있어서,
상기 몰수체는 2LPM 내지 20LPM의 버블이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 몰수체 표면의 경계층 제어용 나노입자 생성 장치.The method of claim 4, wherein
The nanoparticle generating device for controlling the boundary layer on the surface of the condenser, wherein the condensate forms bubbles of 2LPM to 20LPM. 제 4 항에 있어서,
상기 몰수체는 지름 0.5mm의 홀이 30개씩 3열로 배치되는 것을 특징으로 하는 몰수체 표면의 경계층 제어용 나노입자 생성 장치.The method of claim 4, wherein
The nanoparticle generating device for boundary layer control on the surface of the condenser, wherein the condensers are arranged in three rows of 30 holes each having a diameter of 0.5 mm.
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KR1020100104569A KR20120043325A (en) 2010-10-26 2010-10-26 Nano-sized particle generating device for control of boundary layer of submerged body

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10219670B2 (en) 2014-09-05 2019-03-05 Tennant Company Systems and methods for supplying treatment liquids having nanobubbles

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