KR20220164416A - Bumper for vehicle consisting of filter having a three-dimensional lattice structures - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세입자를 선택적으로 포집하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional grid structure, and more particularly, to a vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional grid structure for selectively collecting fine particles.
일반적으로 차량에서의 범퍼는 자동차가 외부 물체와의 충돌 시, 그 충격을 흡수하여 승객의 안전을 도모하며, 동시에 차체의 변형을 최소화할 수 있도록 차량의 전방 및 후방에 설치되는 완충 수단이다.In general, a bumper in a vehicle is a shock absorber installed at the front and rear of the vehicle to absorb the impact when the vehicle collides with an external object to promote the safety of passengers and at the same time minimize deformation of the vehicle body.
지금까지 차량용 범퍼와 관련하여 차량 충격 완화, 공기 저항 감소 등의 목적을 위해 다양한 형상 및 구조 등에 대해 주로 연구되어 왔으나, 주행 중에 발생되는 먼지를 제거하는 필터로서의 기능에 대해서는 연구가 이루어지고 않은 상황이다.So far, various shapes and structures have been mainly studied for the purpose of mitigating vehicle impact and reducing air resistance in relation to vehicle bumpers, but research has not been conducted on the function as a filter to remove dust generated during driving. .
한편, 공기 중에 먼지 등을 제거하는 에어필터의 경우 등급에 따라 0.3㎛의 입자에 대해 85 ~ 99.99% 이상의 포집 성능을 가진다. 이를 헤파필터라 한다. 이러한 공기 정화용 필터의 경우 수명 향상을 위해 큰 먼지를 제거하기 위한 프리필터, 복합필터 등으로 조대입자를 걸러주기도 한다.On the other hand, in the case of an air filter that removes dust in the air, it has a collection performance of 85 to 99.99% or more for particles of 0.3 μm depending on the grade. This is called a HEPA filter. In the case of such an air purification filter, coarse particles are filtered out by a pre-filter or a composite filter to remove large dust to improve the lifespan.
그러나, 종래의 필터의 경우 공기 중 미세먼지 등을 제거하고 나면 일정 수준에서 필터의 포집 성능이 하향되고, 필터에 의한 압력강하 등으로 인하여 에너지 효율이 떨어지게 된다. 헤파필터의 경우 250Pa의 압력강하를 가지도록 초기 설계가 되어 있으며, 510Pa에서 필터를 교체해주도록 되어 있다. 헤파필터는 수 ㎛ 이하의 얇은 섬유들이 얼기설기 엮여 있는 구조이므로 설계자가 필터의 설계를 제어할 수 없는 문제도 있다.However, in the case of a conventional filter, after removing fine dust in the air, the filter's collection performance is lowered at a certain level, and energy efficiency is lowered due to a pressure drop by the filter. The HEPA filter is initially designed to have a pressure drop of 250Pa, and the filter is to be replaced at 510Pa. Since the HEPA filter has a structure in which thin fibers of several μm or less are woven together, there is also a problem in that the designer cannot control the design of the filter.
또한, 종래의 필터의 경우 초미세입자(PM2.5), 미세입자(PM10) 뿐만 아니라 조대입자(10㎛ 이상)의 입자까지 모두 포집하여, 외부에서 사용할 경우 수명이 급격히 짧아지며, 재사용하기 어렵다.In addition, in the case of a conventional filter, not only ultra-fine particles (PM2.5) and fine particles (PM10) but also coarse particles (10 μm or more) are collected, and the lifespan is rapidly shortened when used outdoors, and it is difficult to reuse.
상술한 바와 같이, 종래의 헤파필터는 그 기계적 성질이 약하고 필터로서의 성능도 문제가 있어 이러한 헤파필터를 이용하여 범퍼를 제작하기에는 어려움이 있다.As described above, the conventional HEPA filter has weak mechanical properties and poor performance as a filter, so it is difficult to manufacture a bumper using such a HEPA filter.
본 발명의 과제는 우수한 기계적 성질로 인해 범퍼로서의 성능도 발휘할 수 있을 뿐만 아니라, 필터로서의 기능도 가질 수 있는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼를 제시함에 있다.An object of the present invention is to propose a vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional lattice structure that can function as a filter as well as exhibit performance as a bumper due to excellent mechanical properties.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼는, 충격을 흡수하도록 차량의 전방 또는 후방에 장착되고, 격자부재들로 연결된 단위 셀을 주기적으로 배열시켜 제작된 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼로서, 상기 범퍼의 적어도 일부가 상기 필터로 구성되고, 상기 필터를 통과하는 유체에 포함된 입자 중 제1 입자크기 이하의 미세입자는 상기 격자부재들에 점착되어 상기 필터에 의해 선택적으로 포집되는 것을 특징으로 한다.A vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional lattice structure according to the present invention for achieving the above object is mounted on the front or rear of the vehicle to absorb impact, and is manufactured by periodically arranging unit cells connected to lattice members. A vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional lattice structure, wherein at least a part of the bumper is composed of the filter, and among the particles included in the fluid passing through the filter, fine particles having a first particle size or less are separated from the lattice members. It is characterized in that it is adhered to and selectively collected by the filter.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제1 입자크기는 10um 인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the first particle size is characterized in that 10um.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 격자부재의 두께는 50 ~ 200um 인 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the thickness of the grating member is characterized in that 50 ~ 200um.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 격자부재 사이의 공간 크기는 적어도 500um 인 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the size of the space between the grid members is characterized in that at least 500um.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제1 입자크기 보다 크고 기 설정된 제2 입자크기 보다 작은 입자는 상기 격자부재들 사이의 공간으로 통과하는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the particles larger than the first particle size and smaller than the predetermined second particle size are characterized in that they pass through the space between the grid members.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 단위 셀은 켈빈, 큐빅, 옥텟 트러스, BCC, FCCz, FBCCz, FBCCXYZ, BCCz, FCC, Kagome, Octahedron, Dodecahedron의 격자구조 중 적어도 어느 하나의 단위 셀인 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the unit cell is at least one of a lattice structure of Kelvin, cubic, octet truss, BCC, FCCz, FBCCz, FBCCXYZ, BCCz, FCC, Kagome, Octahedron, Dodecahedron Characterized in that the unit cell is do.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 3차원 격자구조는, 상기 유체가 통과하는 흐름축 방향으로 바라본 필터의 단면 형상이 상기 3차원 격자구조를 기 설정된 방향으로 회전시켜 일정한 격자패턴을 갖도록 제작되는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the three-dimensional grid structure is manufactured so that the cross-sectional shape of the filter viewed in the direction of the flow axis through which the fluid passes has a constant grid pattern by rotating the three-dimensional grid structure in a predetermined direction. characterized by
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 3차원 격자구조의 회전은 상기 유체가 통과하는 흐름축 방향을 중심으로 바라볼 때 필터의 단면에 수직한 방향으로 형성된 격자 패턴들이 서로 일치하는 상태까지 수행되는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the rotation of the three-dimensional grid structure is performed until the grid patterns formed in the direction perpendicular to the cross section of the filter coincide with each other when viewed from the center in the direction of the flow axis through which the fluid passes characterized by
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 3차원 격자구조의 회전은 상기 유체가 통과하는 흐름축 방향을 중심으로 바라볼 때 상기 격자부재들 사이의 공간이 가장 큰 상태까지 수행되는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the rotation of the three-dimensional grid structure is characterized in that it is performed until the space between the grid members is largest when viewed from the direction of the flow axis through which the fluid passes.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 미세입자가 상기 격자부재에 점착되는데 필요한 에너지는 입자의 크기 및 유동 속도에 따라 달라지는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the energy required for the fine particles to adhere to the grid member is characterized in that it varies depending on the size and flow rate of the particles.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 3차원 격자구조의 표면은 금속재료로 코팅되는 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the surface of the three-dimensional lattice structure is characterized in that it is coated with a metal material.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 필터에 포집된 미세입자는 세척 후 재사용이 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the fine particles collected in the filter are characterized in that they can be reused after washing.
본 발명에 따르면, 일정 크기 이하의 미세입자만 선택적으로 포집하여 압력 강하가 작아지는 것이 방지되므로 종래의 필터 보다 성능이 우수하고 수명이 길어지는 효과가 있다.According to the present invention, since the pressure drop is prevented from being reduced by selectively collecting only fine particles of a certain size or less, there is an effect of superior performance and longer lifespan than conventional filters.
또한, 본 발명에 따르면, 다양한 단위 셀을 사용하여 주기적인 3차원 격자구조를 형성시킬 수 있으므로 필터의 설계가 제어될 수 있다.In addition, according to the present invention, since a periodic three-dimensional lattice structure can be formed using various unit cells, the filter design can be controlled.
또한, 본 발명에 따르면, 미세 격자구조를 가지고 있어 매우 가벼우며, 비강도가 높고 외부 충격을 유연하게 흡수할 수 있어 차량용 범퍼에 적용하여도 범퍼의 성능을 가지면서도 필터 기능으로 인해 차량 내 미세먼지가 유입되는 것을 방지할 수 있다.In addition, according to the present invention, it has a fine lattice structure, so it is very light, has high specific strength, and can flexibly absorb external shocks, so even when applied to a bumper for a vehicle, it has the performance of a bumper, but also has a filter function to reduce fine dust in the vehicle. inflow can be prevented.
또한, 본 발명에 따르면, 필터에 점착된 미세먼지를 세척액 등을 이용하여 세척이 가능하므로 재사용이 가능하다.In addition, according to the present invention, the fine dust adhering to the filter can be washed using a washing liquid or the like, so it can be reused.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 범퍼를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조의 단위 셀을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 단위 셀을 주기적으로 배열하여 3차원 격자구조가 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 제작된 다양한 크기의 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 회전시켜 특정 방향에서 바라본 상태를 나타낸 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조가 제1 회전된 상태에서 필터로 제작되어 유체의 흐름축 상에 놓인 도면이며, 도 7b는 도 7a에 도시된 A-A' 라인을 따라 절단된 단면도이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조가 제2 회전된 상태에서 필터로 제작되어 유체의 흐름축 상에 놓인 도면이며, 도 8b는 도 8a에 도시된 B-B' 라인을 따라 절단된 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터의 압력강하를 나타낸 그래프이다.
도 10은 3차원 격자구조가 캘빈 구조인 경우의 필터 단면을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 통과하는 유체의 유선을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 유체가 통과할 때 격자부재들이 받는 압력 크기를 색깔 별로 가시화하여 나타낸 도면이다.
도 13a는 미세입자 포집 전 본 발명의 일 실시예에 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 확대한 도면이고, 도 13b 내지 도 13d는 미세입자 포집 후 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 확대한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터에 의해 포집된 미세입자의 양을 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조가 금속재료로 코팅되지 않은 경우와 코팅된 경우를 비교한 압축강도 비교 그래프이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다양한 단위 셀의 형상을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a bumper for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a fine particle collecting filter having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a unit cell of a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a state in which a three-dimensional lattice structure is formed by periodically arranging the unit cells shown in FIG. 3 .
5 is a view showing a filter for collecting fine particles having a three-dimensional lattice structure of various sizes actually manufactured according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a state viewed from a specific direction by rotating a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention.
7A is a view of a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention manufactured as a filter in a first rotated state and placed on the flow axis of fluid, and FIG. 7B is cut along line AA′ shown in FIG. 7A is a cross section.
8A is a view in which a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention is fabricated as a filter in a second rotated state and placed on the flow axis of fluid, and FIG. 8B is cut along line BB′ shown in FIG. 8A is a cross section.
9 is a graph showing the pressure drop of the fine particle collecting filter having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing a filter cross-section when the three-dimensional lattice structure is a Kelvin structure.
11 is a diagram showing streamlines of fluid passing through a filter for collecting fine particles having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention.
12 is a view showing, by color, the pressure received by grid members when a fluid passes through a fine particle collecting filter having a three-dimensional grid structure according to an embodiment of the present invention.
13A is an enlarged view of a fine particle collecting filter having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention before collecting fine particles, and FIGS. It is an enlarged view of a fine particle collecting filter having a lattice structure.
14 is a graph showing the amount of fine particles collected by the fine particle collecting filter having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention.
15 is a compressive strength comparison graph comparing a case where a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention is not coated with a metal material and a case where it is coated.
16 is a view showing the shapes of various unit cells according to another embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다. Hereinafter, referring to the accompanying drawings, a vehicle bumper configured of a filter having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention according to a preferred embodiment will be described in detail as follows. Here, the same reference numerals are used for the same components, and repeated descriptions and detailed descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the invention are omitted. Embodiments of the invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 범퍼를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a bumper for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 차량의 전방 또는 후방에는 범퍼(10)가 장착된다. 범퍼(10)는 차량과 외부물체와의 상대 운동에 따라 충돌이 발생할 때 그 충격을 흡수 완화하여 차체의 파손이나 승객의 생명을 보호하는 기능을 실현하므로 차량의 필수 부품이라 볼 수 있다.Referring to FIG. 1 , a
본 발명은 이러한 범퍼(10)를 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성하여 범퍼(10)로서의 원래 기능뿐만 아니라 필터로서의 기능도 가질 수 있도록 함에 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 본 발명은 가벼우면서도 충격 흡수 효과가 있고, 일정한 강도를 가질 수 있으므로, 범퍼 자체를 본 발명에 따른 필터로 구성하여도 범퍼로서의 기능을 가질 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 범퍼(10)를 통해 차량에 유입되는 미세먼지를 선택적으로 제거하여 차량 내부로 미세먼지가 유입되는 것을 방지할 수 있다.The present invention is to configure such a
이하, 본 발명에 따른 범퍼를 구성하는 3차원 격자구조를 가진 필터에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a filter having a three-dimensional lattice structure constituting a bumper according to the present invention will be described.
미세입자를 제거하기 위한 종래의 필터 구조는 수 ㎛ 이하의 얇은 섬유들이 비주기적으로 얼기설기 엮여 있는 구조이다. 이는 필터 설계자가 원하는 필터 구조가 형성되도록 제어할 수 없음을 의미하며, 종래의 필터 구조 중 포집 성능이 떨어지는 부분이 존재할 경우 불량품이 양산될 수도 있다.A conventional filter structure for removing fine particles is a structure in which thin fibers of several μm or less are interwoven non-periodically. This means that the filter designer cannot control the formation of a desired filter structure, and defective products may be mass-produced if there is a portion with poor collection performance in the conventional filter structure.
본 출원인은 상술한 문제를 해결하기 위해 종래의 미세입자 포집용 필터 구조와 전혀 다른 구조를 채택하여 본 발명에 이르게 되었다. 본 발명에서 미세입자 포집용 필터 구조는 단위 셀이 주기적으로 배열된 3차원 격자구조를 가지며, 이러한 3차원 격자구조는 필터 설계자가 원하는 패턴 및 사양으로 제조될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 포집 필터(F)는 3차원 격자구조의 형상으로 인해 필터로 사용하기에 적합한 다양한 기계적 성질을 갖는다. 본 출원인은 본 발명에 따른 필터의 성능을 직접 실험하여 종래 필터 구조에서는 발견될 수 없는 효능을 발견하였다.The present applicant has arrived at the present invention by adopting a completely different structure from the conventional filter structure for collecting fine particles in order to solve the above problems. In the present invention, the filter structure for collecting fine particles has a three-dimensional lattice structure in which unit cells are periodically arranged, and this 3-dimensional lattice structure can be manufactured in patterns and specifications desired by a filter designer. In addition, the collection filter F according to the present invention has various mechanical properties suitable for use as a filter due to the shape of the three-dimensional lattice structure. The present applicant directly tested the performance of the filter according to the present invention and found an effect that could not be found in the conventional filter structure.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터의 구조 및 성능을 설명한다.Hereinafter, the structure and performance of the fine particle collecting filter having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention will be described.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a fine particle collecting filter having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터(F)는 유체의 이동 경로 상에 놓여 유체에 포함된 미세입자를 포집한다. 여기서 유체는 액체 및 기체를 모두 포함하나 본 명세서에서 유체는 공기인 것으로 설명한다. 도 2에는 유체의 이동 경로가 화살표로 도시되어 있다. 포집 필터(F)를 기준으로 미세입자(P)가 포함된 공기가 좌측에서 우측 방향으로 이동하다가 포집 필터(F)에 미세입자가 점착되면서 포집 필터(F)를 통과한 공기는 미세입자(P)가 제거된다. 종래의 필터와 본 발명의 포집 필터(F)를 같은 크기로 제작하는 경우, 본 발명의 포집 필터(F)는 종래의 필터 보다 미세먼지를 포집할 수 있는 표면적이 더 크게 형성된다.As shown in FIG. 2 , the fine particle collecting filter F having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention is placed on a moving path of a fluid and collects fine particles included in the fluid. Here, the fluid includes both liquid and gas, but in this specification, the fluid is described as air. In Figure 2, the flow path of the fluid is shown as an arrow. Based on the collection filter (F), the air containing the fine particles (P) moves from left to right, and as the fine particles are adhered to the collection filter (F), the air passing through the collection filter (F) ) is removed. When the conventional filter and the collection filter F of the present invention are manufactured in the same size, the collection filter F of the present invention has a larger surface area capable of collecting fine dust than the conventional filter.
한편, 미세입자가 포집 필터(F)를 통과하며 제거되는 과정은 격자구조의 형상과 관련되므로 후술하기로 한다.Meanwhile, the process of removing fine particles while passing through the collection filter F is related to the shape of the lattice structure, and will be described later.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조의 단위 셀을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 단위 셀을 주기적으로 배열하여 3차원 격자구조가 형성된 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 제작된 다양한 크기의 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a unit cell of a 3D lattice structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view showing a state in which a 3D lattice structure is formed by periodically arranging the unit cells shown in FIG. 3, 5 is a view showing a filter for collecting fine particles having a three-dimensional lattice structure of various sizes actually manufactured according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조의 단위 셀은 옥텟-트러스(Octet-Truss)의 그물망 구조이다. 옥텟-트러스 구조는 격자부재(L)가 공간적으로 연결된 정팔면체 및 정사면체를 번갈아 배열함으로써 형성된 구조이다. 본 발명의 일 실시예에서 옥텟-트러스 구조가 단위 셀로 선택된 이유는 내구성, 안정성, 압력강하 등을 고려하였기 때문이다.A unit cell of a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention has an octet-truss mesh structure. The octet-truss structure is a structure formed by alternately arranging regular octahedrons and regular tetrahedrons in which the lattice members L are spatially connected. The reason why the octet-truss structure is selected as the unit cell in one embodiment of the present invention is that durability, stability, pressure drop, and the like are considered.
본 발명의 다른 실시예에서 단위 셀은 3차원 격자구조를 형성할 수 있는 다양한 단위 셀이 선택될 수 있다. 도 16에는 단위 셀의 일부 예시로서, BCC, FCCz, FBCCz, FBCCXYZ, BCCz, FCC가 도시되어 있다. 다만, 단위 셀의 종류는 이에 한정되지 않으며, 켈빈(Kelvin), 삼육각형(Kagome), 팔면체(Octahedron), 십이면체(Dodecahedron) 등 공지된 모든 격자구조가 선택될 수 있다.In another embodiment of the present invention, various unit cells capable of forming a three-dimensional lattice structure may be selected as unit cells. 16 illustrates BCC, FCCz, FBCCz, FBCCXYZ, BCCz, and FCC as some examples of unit cells. However, the type of unit cell is not limited thereto, and all known lattice structures such as Kelvin, Kagome, Octahedron, and Dodecahedron may be selected.
도 3에 도시된 바와 같이, 단위 셀은 그 가로, 세로 및 높이가 동일한 길이(a)를 가지고 있으며 단위 셀을 구성하는 격자부재(L)는 일정한 두께(d)를 가지고 있다. 본 발명의 일 실시예에서 단위 셀은 가로, 세로 및 높이의 길이가 2.5mm이고, 격자부재(L)의 두께(d)가 0.15mm로 제작되었다. 다만, 단위 셀의 크기는 사용조건 및 설계자의 의도에 따라 다양한 길이 및 두께로 제작될 수 있다.As shown in FIG. 3, the unit cell has the same length (a) in its width, length and height, and the grid member (L) constituting the unit cell has a constant thickness (d). In one embodiment of the present invention, the unit cell has a width, length, and height of 2.5 mm, and the thickness (d) of the grid member (L) is manufactured to be 0.15 mm. However, the size of the unit cell may be manufactured in various lengths and thicknesses depending on the conditions of use and the intention of the designer.
도 4에는 도 3에 도시된 단위 셀이 연결되어 3차원 격자구조를 가진 구조체가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 도 4에 도시된 일 실시예에 따른 3차원 격자구조는 도 3에 도시된 옥텟-트러스(Octet-Truss)의 단위 셀을 가진다.FIG. 4 shows a structure having a three-dimensional lattice structure in which the unit cells shown in FIG. 3 are connected. As described above, the 3D grating structure according to the embodiment shown in FIG. 4 has octet-truss unit cells shown in FIG. 3 .
본 발명의 일 실시예에서 격자구조는 3D 프린팅용 소프트웨어를 사용하여 3D 프린터로 제작될 수 있다. 3D 프린팅 방식 중 빛에너지를 이용하여 폴리머를 경화시키는 광경화 방식으로는 PuSL(projection micro-stereolithography], DLP(digital light processing), SLA(Stereo Lithography Apparatus), SLS(Selective laser sintering), SPPW(Self-propagating photopolymer waveguide) 등이 있고, 소재를 출력하는 방식인 FDM(Fused deposition modeling, 또는 FFF, Fused filament fabrication), Binder jetting 등이 있다. 제작 방법에 따라 단위 셀의 크기 및 격자부재의 두께는 다양한 크기로 조절될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lattice structure can be produced with a 3D printer using software for 3D printing. Among 3D printing methods, photocuring methods that use light energy to cure polymers include PuSL (projection micro-stereolithography), DLP (digital light processing), SLA (Stereo Lithography Apparatus), SLS (Selective laser sintering), SPPW (Self -propagating photopolymer waveguide), FDM (Fused deposition modeling, or FFF, Fused filament fabrication), binder jetting, etc. The size of the unit cell and the thickness of the grid member vary according to the manufacturing method. Can be adjusted to size.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조의 재료는, 아크릴레이트 모노머(acrylate monomer)를 베이스로 하여 3%의 포토이니시에이터(photoinitiator, Diphenyl(2,4,6-trimethlbenzoyl)phosphine oxide))을 기반하는 하는 광경화성 고분자 수지가 사용되었다. 다만, 본 발명의 3차원 격자구조의 재료는 3D 프린팅을 통해 제작 될 수 있는 모든 소재가 활용될 수 있다.On the other hand, the material of the three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention is a photoinitiator of 3% based on an acrylate monomer (Diphenyl (2,4,6-trimethlbenzoyl) phosphine oxide) ) based photocurable polymer resin was used. However, all materials that can be manufactured through 3D printing can be used as the material of the three-dimensional lattice structure of the present invention.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제작된 구조에 PVD, CVD 공정(예, Sputtering, atomic layer deposition 등)을 통해서 표면에 금속재료를 증착하여 재료를 코팅할 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, a metal material may be deposited on the surface of the fabricated structure through a PVD or CVD process (eg, sputtering, atomic layer deposition, etc.) to coat the material.
차량의 범퍼는 내구성, 내부식성, 세척 용이성 또는 광택 등과 같은 다양한 요인을 고려하여 그 재료가 선택될 수 있다. 즉, 차량의 범퍼는 플라스틱에서 금속에 이르기까지 다양한 재료로 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 3차원 격자구조는 상술한 범퍼의 종류에 따라 3D 프린터로 제작가능한 재료가 사용될 수 있다.A material for the bumper of a vehicle may be selected in consideration of various factors such as durability, corrosion resistance, ease of cleaning, gloss, and the like. This means that the vehicle's bumper can be made of a variety of materials, from plastic to metal. The three-dimensional lattice structure according to the present invention may use a material that can be produced with a 3D printer according to the type of the bumper described above.
본 발명의 일 실시예에서 3차원 격자구조를 구성하고 있는 격자부재의 직경(두께)는 50 ~ 200㎛의 크기를 가지고 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 격자부재들 사이의 공간은 500㎛의 크기를 가지고 있다. 물론, 상술한 바와 같이 격자부재의 두께 및 격자부재들 사이의 공간은 다양하게 설정될 수 있으나 압력강하와, 조대입자가 격자부재들 사이의 공간을 통과하기 위해서는 최소 500㎛의 크기를 가지는 것이 좋다.In one embodiment of the present invention, the diameter (thickness) of the grid member constituting the three-dimensional grid structure has a size of 50 to 200 μm. In addition, in one embodiment of the present invention, the space between the grid members has a size of 500 μm. Of course, as described above, the thickness of the grid member and the space between the grid members can be set in various ways, but it is preferable to have a size of at least 500 μm in order to reduce the pressure drop and for the coarse particles to pass through the space between the grid members. .
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 제작된 다양한 크기의 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a filter for collecting fine particles having a three-dimensional lattice structure of various sizes actually manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 포집 필터(F)는 가로 및 세로의 길이가 각각 30mm이고, 높이가 10 ~ 40mm로 서로 다르게 하여 제작되었다.The collection filter F shown in FIG. 5 has a horizontal and vertical length of 30 mm, respectively, and a height of 10 to 40 mm, which is manufactured differently from each other.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 회전시켜 특정 방향에서 바라본 상태를 나타낸 도면이다.6 is a view showing a state viewed from a specific direction by rotating a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention.
3차원 격자구조는 바라보는 방향에 따라 서로 다른 격자패턴이 형성된다. 도 6의 (a) 내지 (d)에 아래 도시된 도면들은 3차원 격자구조를 다양한 방향으로 회전시켜가며 특정 방향에서 바라본 상태가 도시되어 있고, 위에 도시된 도면들은 각 격자구조의 회전된 방향이 밀러 지수로 표현되었다.In the three-dimensional grid structure, different grid patterns are formed depending on the viewing direction. The drawings shown below in (a) to (d) of FIG. 6 show a state viewed from a specific direction while rotating the three-dimensional lattice structure in various directions, and the drawings shown above show the rotated direction of each lattice structure. Expressed as a Miller exponent.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조가 제1 회전된 상태에서 필터로 제작되어 유체의 흐름축 상에 놓인 도면이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 A-A' 라인을 따라 절단된 단면도이고, 도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조가 제2 회전된 상태에서 필터로 제작되어 유체의 흐름축 상에 놓인 도면이며, 도 8b는 도 8a에 도시된 B-B' 라인을 따라 절단된 단면도이다.7A is a view in which a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention is fabricated as a filter in a first rotated state and placed on the flow axis of fluid, and FIG. 7B is cut along line A-A′ shown in FIG. 7A FIG. 8A is a view in which a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention is fabricated as a filter in a second rotated state and placed on the flow axis of fluid, and FIG. 8B is a view BB′ shown in FIG. 8A A cross-sectional view taken along the line.
본 발명의 일 실시예에 따른 포집 필터(F)는 도 6에서 설명한 원리에 기반하여 필터 단면이 형성되도록 제작된다. 이는 필터 단면의 격자 패턴 형상에 따라 필터의 성능이 달라질 수 있기 때문이다.The collection filter F according to an embodiment of the present invention is manufactured to form a filter section based on the principle described in FIG. 6 . This is because the performance of the filter may vary depending on the shape of the lattice pattern of the cross section of the filter.
본 발명의 일 실시예에 따른 포집 필터(F)의 제작 과정을 살펴본다. 우선 옥텟-트러스 구조를 3D 프린팅 기술을 이용하여 제작한 후, 그 상태에서 기 설정된 방향으로 회전시켜 사용 목적에 맞는 필터의 크기(가로, 세로, 높이 등)로 가공한다. 이때, 특정 방향(유체의 흐름 방향)에서 바라본 필터의 단면 형상은 단면에 수직한 방향(도 7a 내지 도 8b에 도시된 x축 방향 참조)으로 형성된 격자 패턴이 서로 일치되어 격자부재(L)들 사이의 공간(S)이 일정하게 형성될 수 있다. 물론 상술한 바와 같이 포집 필터(F)를 구성하는 3차원 격자구조의 회전 상태에는 제한이 없으므로, 본 발명의 다른 실시예에서 특정 방향에서 바라본 필터의 단면 형상은 다양한 격자 패턴을 가질 수 있다.A manufacturing process of the collection filter F according to an embodiment of the present invention will be described. First, after manufacturing the octet-truss structure using 3D printing technology, it is rotated in a predetermined direction in the state and processed to the size (width, length, height, etc.) of the filter suitable for the purpose of use. At this time, the cross-sectional shape of the filter viewed from a specific direction (fluid flow direction) is formed by matching the grid patterns formed in the direction perpendicular to the cross section (see the x-axis direction shown in FIGS. 7A to 8B) to form the grid members (L) A space (S) between them may be formed uniformly. Of course, as described above, since there is no limitation on the rotational state of the three-dimensional lattice structure constituting the filter F, in another embodiment of the present invention, the cross-sectional shape of the filter viewed from a specific direction may have various lattice patterns.
한편, 이러한 필터의 제작 과정은 전술한 바와 같이, 차량에 장착하고자 하는 범퍼의 형상에 따라 가공될 수 있다. 가공과정은 수작업으로 수행되거나 가공머신을 통해 기계적 방법으로 수행될 수 있다.Meanwhile, as described above, the manufacturing process of such a filter may be processed according to the shape of a bumper to be mounted on a vehicle. The machining process may be performed manually or mechanically using a machining machine.
도 7a에는 3차원 격자구조가 제1 회전된 상태로 구성된 포집 필터(F)가 도시되어 있고, 도 7b에는 도 7a에 도시된 필터의 단면이 도시되어 있다. 유체는 포집 필터(F)를 중심으로 흐름축(X) 방향으로 흐른다.FIG. 7A shows a collection filter F configured in a state in which a three-dimensional lattice structure is first rotated, and FIG. 7B shows a cross-section of the filter shown in FIG. 7A. The fluid flows in the direction of the flow axis (X) around the collection filter (F).
도 8a에는 3차원 격자구조가 제2 회전된 상태로 구성된 포집 필터(F)가 도시되어 있다. 여기서, 필터의 전체 크기 및 유체의 흐름 방향은 도 7a 및 도 7b에서 설명한 바와 같다. 도 7a와 도 8a에 도시된 필터는 동일한 표면적을 가지고 있다. 그러나, 도 7b와 도 8b를 비교하면, 3차원 격자구조가 제2 회전된 상태에서의 필터 단면에서 격자공간(S)이 더 크게 형성된다.8A shows a collecting filter F configured in a state in which a three-dimensional lattice structure is second rotated. Here, the overall size of the filter and the flow direction of the fluid are as described in FIGS. 7A and 7B. The filters shown in Figures 7a and 8a have the same surface area. However, comparing FIG. 7B with FIG. 8B , the lattice space S is formed larger at the filter section in the second rotation state of the 3D lattice structure.
일반적으로 필터의 성능 중 하나로 압력강하가 고려된다. 압력강하는 필터 전후 압력 차이를 의미하며, 압력강하가 작을수록 필터 성능이 좋다. 유체가 포집 필터(F)를 통과할 때 격자공간(S)이 크면 유체의 이동이 쉬우므로 압력강하가 작다. 상술한 바와 같이, 3차원 격자구조가 제2 회전된 상태로 구성되면 제1 회전된 상태보다 격자공간(S)이 더 크게 형성되므로 압력강하가 작다. 즉, 제2 회전된 3차원 격자구조는 모노리식 구조로서, 필터의 단면 형상이 단순해진다.In general, pressure drop is considered as one of filter performance. The pressure drop means the pressure difference before and after the filter, and the smaller the pressure drop, the better the filter performance. When the fluid passes through the collecting filter F, if the lattice space S is large, the fluid moves easily, so the pressure drop is small. As described above, when the three-dimensional lattice structure is configured in the second rotated state, the lattice space S is formed larger than that in the first rotated state, so the pressure drop is small. That is, the second rotated three-dimensional lattice structure is a monolithic structure, and the cross-sectional shape of the filter is simplified.
반면, 상술한 바와 같이, 3차원 격자구조가 제1 회전된 상태와 제2 회전된 상태에서의 표면적은 동일하므로 미세입자 포집효율은 동일하다.On the other hand, as described above, since the surface area of the three-dimensional lattice structure is the same in the first rotated state and in the second rotated state, the fine particle collection efficiency is the same.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터의 압력강하를 나타낸 그래프이고, 도 10은 3차원 격자구조가 캘빈 구조인 경우의 필터 단면을 나타낸 도면이다.9 is a graph showing the pressure drop of a filter for collecting fine particles having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a view showing a filter section when the 3-dimensional lattice structure is a Kelvin structure.
도 9에는 3차원 격자구조가 옥텟-트러스 구조인 경우와 캘빈 구조인 경우의 압력강하를 비교한 그래프가 도시되었다. 이때, 옥텟-트러스 구조인 경우의 필터 단면 형상은 도 7b와 도 8b가 참조될 수 있으며, 캘빈 구조인 경우의 필터 단면 형상은 도 10이 참조될 수 있다.9 shows a graph comparing the pressure drop between the case where the three-dimensional lattice structure is an octet-truss structure and the case where a Kelvin structure is used. 7B and 8B may be referenced for the cross-sectional shape of the filter in the case of the octet-truss structure, and FIG. 10 may be referred to for the cross-sectional shape of the filter in the case of the Kelvin structure.
도 9를 참조하면, 일반적으로 유량의 흐름이 커짐에 따라 압력강하가 커진다. 이때, 제1 회전된 상태의 옥텟-트러스 구조에서는 캘빈 구조 보다 압력강하가 크게 나타났다. 그러나, 제2 회전된 상태의 옥텟-트러스 구조에서는 캘빈 구조에서의 압력강하와 비슷하게 나타났다. 따라서, 같은 옥텟-트러스 구조를 가지는 경우라도 회전 상태에 따라 압력강하가 달라짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, in general, the pressure drop increases as the flow rate increases. At this time, in the octet-truss structure in the first rotated state, the pressure drop was larger than that of the Kelvin structure. However, in the octet-truss structure in the second rotated state, the pressure drop in the Kelvin structure was similar. Therefore, it can be seen that the pressure drop varies depending on the rotational state even in the case of having the same octet-truss structure.
한편, 옥텟-트러스 구조는 캘빈 구조 보다 격자부재에 의한 표면적이 더 크다. 따라서, 전체적으로 같은 크기의 필터를 제작하였을 때 캘빈 구조 보다 옥텟-트러스 구조가 포집효율이 더 좋다.On the other hand, the octet-truss structure has a larger surface area due to the lattice members than the Kelvin structure. Therefore, the octet-truss structure has better collection efficiency than the Kelvin structure when a filter of the same size is manufactured as a whole.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 통과하는 유체의 유선을 나타낸 도면이다.11 is a diagram showing streamlines of fluid passing through a filter for collecting fine particles having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention.
도 11에는 유체가 포집 필터(F)를 일 방향(도 11의 좌측에서 우측 방향)으로 흐를 때 유선 분포가 도시되어 있다. 종래의 필터(예를 들어 헤파 필터)에 의하면 필터의 복잡한 구성에 의해 필터를 통과한 후 유선의 분포가 균일하지 못하나, 본 발명의 포집 필터(F)는 주기적인 구조를 가지므로 필터를 통과한 후 유선의 분포가 대략 균일하게 형성될 수 있다.FIG. 11 shows the distribution of streamlines when the fluid flows through the collecting filter F in one direction (from left to right in FIG. 11). According to a conventional filter (for example, a HEPA filter), the distribution of streamlines after passing through the filter is not uniform due to the complex configuration of the filter, but the collection filter (F) of the present invention has a periodic structure, so that The distribution of posterior streamlines can be formed substantially uniformly.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 유체가 통과할 때 격자부재들이 받는 압력 크기를 색깔 별로 가시화하여 나타낸 도면이다.12 is a view showing, by color, the magnitude of pressure received by grid members when a fluid passes through a fine particle collecting filter having a three-dimensional grid structure according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 필터의 전방 측(유체가 흘러 들어오는 측)에서 격자부재가 받는 압력은 크게 작용하고, 필터의 후방 측(유체가 흘러 나가는 측)에서 격자부재가 받는 압력은 작게 작용한다. 도 12에서 빨간색은 압력이 크게 작용함을 의미하고, 파란색은 압력이 작게 작용함을 의미한다.Referring to FIG. 12, the pressure applied to the grid member on the front side of the filter (the side where the fluid flows in) is high, and the pressure on the grid member on the rear side of the filter (the side where the fluid flows out) is small. In FIG. 12 , red color means a large pressure, and blue color means a small pressure.
도 13a는 미세입자 포집 전 본 발명의 일 실시예에 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 확대한 도면이고, 도 13b 내지 도 13d는 미세입자 포집 후 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터를 확대한 도면이다.13A is an enlarged view of a fine particle collecting filter having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention before collecting fine particles, and FIGS. It is an enlarged view of a fine particle collecting filter having a lattice structure.
미세입자가 본 발명의 포집 필터(F)와 충돌하게 되면 대전에 의한 정전기로 인해 격자부재(L)에 점착된다. 이때, 점착력의 크기는 미세입자의 크기와 속도에 따라 달라진다. 즉, 속도가 빠르고 입자가 클수록 격자부재(L)에 점착되지 못하고 튕겨 나가게 된다. 이론적으로 입자가 격자부재(L)에 튕겨져 나가기 위한 에너지는 아래 < 수학식 >에 의해 연산될 수 있다. 그러나, 실제 실험환경에서는 2 ~ 15㎛ 크기를 갖는 미세입자는 격자부재(L)에 충돌하기만 하면 점착되는 것을 확인할 수 있다.When fine particles collide with the collection filter F of the present invention, they adhere to the grid member L due to static electricity caused by charging. At this time, the size of the adhesive force varies depending on the size and speed of the fine particles. That is, the faster the speed and the larger the particles, the more they are not adhered to the grid member (L) and bounce off. Theoretically, the energy for particles to bounce off the grid member L can be calculated by the following <Equation>. However, in an actual experimental environment, it can be confirmed that fine particles having a size of 2 to 15 μm are adhered only when they collide with the grid member (L).
< 수학식 > < Equation >
여기서, KEb는 미세입자가 튕겨져 나올 때 튕김이 발생하는데 필요한 운동에너지(kinetic energy)로 하나의 문자열이고, dp는 입자(particle)의 직경이고, x는 분리거리이고, A는 Hamaker 상수이며, e는 반발계수이다.Here, KE b is a string of kinetic energy required for the bounce to occur when the microparticles bounce, d p is the diameter of the particle, x is the separation distance, and A is the Hamaker constant , e is the coefficient of restitution.
본 발명의 일 실시예에서 미세입자 중 기 설정된 제1 입자크기 이하의 크기를 갖는 미세입자는 격자부재(L)에 충돌하면 점착된다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 입자크기는 10㎛ 크기를 갖는다. 한편, 제1 입자크기 보다 크고 기 설정된 제2 입자크기 보다 작은 크기를 갖는 입자는 격자부재(L)에 충돌하여도 점착되지 못하고 격자공간(S)을 통과할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제2 입자크기는 500㎛로 설정될 수 있다. 그러나, 제1 입자크기 및 제2 입자크기는 포집 필터(F) 설계자의 의도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.In one embodiment of the present invention, fine particles having a size equal to or smaller than a predetermined first particle size among fine particles are adhered when they collide with the grid member (L). In one embodiment of the present invention, the first particle size has a size of 10 μm. On the other hand, particles having a size larger than the first particle size and smaller than the predetermined second particle size may pass through the grid space S without being adhered even when colliding with the grid member L. In one embodiment of the present invention, the second particle size may be set to 500 μm. However, the first particle size and the second particle size may be variously set according to the intention of the designer of the collection filter (F).
도 13a에는 미세입자가 점착되기 전 3차원 격자구조를 확대한 상태가 도시되어 있다. 이후, 유체가 포집 필터(F)를 통과할 때 미세입자가 격자부재(L)에 충돌하면 도 13b 내지 도 13d와 같이 제1 입자크기 이하의 크기를 갖는 미세입자는 격자부재(L)에 점착된다.13A shows an enlarged state of the three-dimensional lattice structure before the microparticles are attached thereto. Thereafter, when the fine particles collide with the grid member (L) when the fluid passes through the collecting filter (F), the fine particles having a size of the first particle size or less adhere to the grid member (L) as shown in FIGS. 13B to 13D. do.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조를 가진 미세입자 포집 필터에 의해 포집된 미세입자의 양을 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing the amount of fine particles collected by the fine particle collecting filter having a three-dimensional lattice structure according to an embodiment of the present invention.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 포집 필터(F)를 이용한 미세입자 포집 실험을 수행하여 아래 < 표 >와 같은 결과가 도출되었다.As shown in FIG. 14, the fine particle collection experiment using the collection filter (F) of the present invention was performed, and the results shown in <Table> below were derived.
상기 < 표 >를 참조하면, 미세입자 포집 실험은 5번이 수행되었고 각 실험에서 미세먼지 투입량은 대략 일정하게 유지되었다. 그 결과 평균적으로 미세입자의 포집량은 14.07mg이다.Referring to <Table>, the fine particle collection experiment was performed 5 times, and the amount of fine dust input was maintained approximately constant in each experiment. As a result, the average amount of fine particles captured is 14.07 mg.
종래의 필터 구조에서는 입자 크기가 커도 필터에 포집되므로 포집효율은 좋으나, 필터의 압력강하가 낮아져 필터 성능이 떨어지면 교체해야 하는 문제가 있다.In the conventional filter structure, even if the particle size is large, it is collected in the filter, so the collection efficiency is good, but there is a problem that the filter must be replaced when the pressure drop of the filter decreases and the filter performance deteriorates.
반면, 본 발명의 포집 필터(F)는 공기에 포함된 입자 중 일정 크기 이하의 미세입자만 선택적으로 포집한다. 이후, 포집 필터(F)에 점착된 미세입자는 물 등의 세척액에 의해 씻겨 나갈 수 있으므로, 포집 필터(F)를 재사용하는 것이 가능하다.On the other hand, the collection filter F of the present invention selectively collects only fine particles of a certain size or less among particles included in the air. Thereafter, since the fine particles adhering to the collection filter F can be washed away with a washing liquid such as water, the collection filter F can be reused.
또한, 본 발명의 포집 필터(F)는 종래의 필터(헤파 필터)에 비해 포집효율이 80% 정도로서 우수한 포집효율을 나타낸다. 본 발명의 포집 필터(F)는 주기적인 3차원 격자구조를 가지고 있어 격자공간이 일정하게 배열되므로 종래의 필터 구조보다 압력강하 측면에서 우수하다.In addition, the collection filter F of the present invention has an excellent collection efficiency of about 80% compared to the conventional filter (HEPA filter). The collection filter (F) of the present invention has a periodic three-dimensional lattice structure, and since the lattice spaces are regularly arranged, it is superior to the conventional filter structure in terms of pressure drop.
본 발명의 포집 필터(F)는 무게가 스티로폼에 비해 매우 가볍고(예를 들어, 스티로폼 무게의 100분의 1 정도), 주기적인 3차원 격자구조로 인해 비강도가 높으며, 외부 충격을 유연하게 흡수할 수 있으므로 차량 연비 상승 및 차량 사고 시 안전에 기여할 수 있다.The collection filter F of the present invention is very light in weight compared to Styrofoam (for example, about 1/100 of the weight of Styrofoam), has high specific strength due to its periodic three-dimensional lattice structure, and flexibly absorbs external impact Therefore, it can contribute to the increase in vehicle fuel efficiency and safety in the event of a vehicle accident.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 격자구조의 표면이 금속재료로 코팅되지 않은 경우와 코팅된 경우를 비교한 압축강도 비교 그래프이다.15 is a compressive strength comparison graph comparing a case where the surface of a three-dimensional lattice structure is not coated with a metal material and a case where it is coated according to an embodiment of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 3차원 격자구조는 금속재료로 코팅될 수 있다. 3차원 격자구조가 금속재료로 코팅되면 코팅되지 않았을 때보다 기계적 강도가 향상된다.As described above, according to one embodiment of the present invention, the three-dimensional lattice structure may be coated with a metal material. When the three-dimensional lattice structure is coated with a metallic material, the mechanical strength is improved compared to when it is not coated.
도 15의 (a)는 3차원 격자구조가 옥텟-트러스(octet-truss) 구조로 제작될 때, 구조의 표면이 코팅되지 않은 경우와 구조의 표면이 알루미늄 재료로 코팅된 경우에 압축강도를 비교한 그래프이다. 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이, 3차원 격자구조의 표면이 알루미늄 재료로 코팅된 경우가 코팅되지 않은 경우보다 변형에 따른 압축강도가 우수함을 알 수 있다.Figure 15 (a) compares the compressive strength when the three-dimensional lattice structure is made of an octet-truss structure, when the surface of the structure is not coated and when the surface of the structure is coated with an aluminum material. it is a graph As shown in (a) of FIG. 15, it can be seen that when the surface of the three-dimensional lattice structure is coated with an aluminum material, the compressive strength according to deformation is superior to that when the surface is not coated.
도 15의 (b)는 3차원 격자구조가 큐빅(cubic) 구조 및 옥텟-트러스(octet-truss) 구조로 제작될 때, 각 구조에 있어 표면이 코팅되지 않은 경우와 구조의 표면이 알루미늄 재료로 코팅된 경우에 압축강도를 비교한 그래프이다. 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 3차원 격자구조의 표면이 알루미늄 재료로 코팅된 경우가 코팅되지 않은 경우보다 압축강도가 우수함을 알 수 있다. 또한, 큐빅(cubic) 구조에서 표면이 코팅된 경우의 압축강도 증가율보다 옥텟-트러스(octet-truss) 구조에서 표면이 코팅된 경우의 압축강도 증가율이 더 큼을 알 수 있다. 옥텟-트러스(octet-truss) 구조에서 표면이 코팅된 경우 코팅되지 않은 경우보다 약 60% 이상의 압축강도 증가율이 확인되었다.15(b) shows when the three-dimensional lattice structure is made of a cubic structure and an octet-truss structure, the case where the surface of each structure is not coated and the surface of the structure is made of aluminum material It is a graph comparing the compressive strength in the case of coating. As shown in (b) of FIG. 15, it can be seen that the case where the surface of the three-dimensional lattice structure is coated with aluminum material has better compressive strength than the case where it is not coated. In addition, it can be seen that the increase in compressive strength when the surface is coated in the octet-truss structure is greater than the increase in compressive strength when the surface is coated in the cubic structure. In the octet-truss structure, when the surface was coated, the compressive strength increase rate of about 60% or more was confirmed compared to the case where the surface was not coated.
본 발명에 따르면, 단위셀, 3차원 격자구조의 패턴, 격자부재의 재질 등을 변경함으로써 범퍼(10)의 기계적 성능(강도, 변형률, 탄성 거동 등) 또는 필터 성능을 다양하게 변화시킬 수 있다.According to the present invention, the mechanical performance (strength, strain, elastic behavior, etc.) or filter performance of the
한편, 본 발명은 범퍼 자체를 3차원 격자구조를 가진 필터로 제작하는 것이므로, 범퍼의 형상에 대해서는 제한이 없다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 필터는 설계자의 의도에 따라 다양한 형상으로 가공될 수 있으므로 차량에 적용하고자 하는 다양한 형태의 범퍼를 본 발명에 따른 필터로 구성할 수 있다.On the other hand, since the present invention manufactures the bumper itself as a filter having a three-dimensional lattice structure, there is no limitation on the shape of the bumper. As described above, since the filter according to the present invention can be processed into various shapes according to the designer's intention, various types of bumpers to be applied to vehicles can be configured with the filter according to the present invention.
또한, 실시예에 따라 본 발명에 따른 범퍼 전체를 필터로 제작하거나, 범퍼의 일부를 필터로 제작할 수도 있다.In addition, according to the embodiment, the entire bumper according to the present invention may be manufactured as a filter or a part of the bumper may be manufactured as a filter.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings, this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. You will be able to. Therefore, the true protection scope of the present invention should be defined only by the appended claims.
Claims (12)
상기 범퍼의 적어도 일부가 상기 필터로 구성되고,
상기 필터를 통과하는 유체에 포함된 입자 중 제1 입자크기 이하의 미세입자는 상기 격자부재들에 점착되어 상기 필터에 의해 선택적으로 포집되는 것을 특징으로 하는,
3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼.A vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional lattice structure mounted on the front or rear of the vehicle to absorb impact and manufactured by periodically arranging unit cells connected to lattice members,
At least a portion of the bumper is composed of the filter,
Characterized in that, among the particles contained in the fluid passing through the filter, fine particles having a first particle size or less are adhered to the grid members and are selectively collected by the filter.
A vehicle bumper composed of a filter with a three-dimensional lattice structure.
상기 제1 입자크기는 10um 인 것을 특징으로 하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼.According to claim 1,
The first particle size is a vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional grid structure, characterized in that 10um.
상기 격자부재의 두께는 50 ~ 200um 인 것을 특징으로 하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼.According to claim 1,
The vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional grid structure, characterized in that the thickness of the grid member is 50 ~ 200um.
상기 격자부재 사이의 공간 크기는 적어도 500um 인 것을 특징으로 하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼.According to claim 1,
A vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional grid structure, characterized in that the size of the space between the grid members is at least 500um.
상기 제1 입자크기 보다 크고 기 설정된 제2 입자크기 보다 작은 입자는 상기 격자부재들 사이의 공간으로 통과하는 것을 특징으로 하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼.According to claim 1,
A vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional grid structure, characterized in that the particles larger than the first particle size and smaller than the predetermined second particle size pass through the space between the grid members.
상기 단위 셀은 켈빈, 큐빅, 옥텟 트러스, BCC, FCCz, FBCCz, FBCCXYZ, BCCz, FCC, Kagome, Octahedron, Dodecahedron의 격자구조 중 적어도 어느 하나의 단위 셀인 것을 특징으로 하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼.According to claim 1,
The unit cell is a lattice structure of at least one of Kelvin, cubic, octet truss, BCC, FCCz, FBCCz, FBCCXYZ, BCCz, FCC, Kagome, Octahedron, and Dodecahedron. A filter having a three-dimensional lattice structure, characterized in that the unit cell is configured vehicle bumper.
상기 3차원 격자구조는, 상기 유체가 통과하는 흐름축 방향으로 바라본 필터의 단면 형상이 상기 3차원 격자구조를 기 설정된 방향으로 회전시켜 일정한 격자패턴을 갖도록 제작되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼.According to claim 1,
The three-dimensional grid structure is a three-dimensional grid structure, characterized in that the cross-sectional shape of the filter viewed in the direction of the flow axis through which the fluid passes is produced to have a constant grid pattern by rotating the three-dimensional grid structure in a predetermined direction. A bumper for a vehicle composed of a filter with
상기 3차원 격자구조의 회전은 상기 유체가 통과하는 흐름축 방향을 중심으로 바라볼 때 필터의 단면에 수직한 방향으로 형성된 격자 패턴들이 서로 일치하는 상태까지 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼.According to claim 1,
The rotation of the three-dimensional grid structure is performed until the grid patterns formed in the direction perpendicular to the cross section of the filter coincide with each other when viewed from the center of the flow axis direction through which the fluid passes. A bumper for a vehicle composed of a filter with
상기 3차원 격자구조의 회전은 상기 유체가 통과하는 흐름축 방향을 중심으로 바라볼 때 상기 격자부재들 사이의 공간이 가장 큰 상태까지 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼.According to claim 1,
The rotation of the three-dimensional lattice structure is performed until the space between the lattice members is the largest when viewed from the center of the flow axis direction through which the fluid passes. bumper.
상기 미세입자가 상기 격자부재에 점착되는데 필요한 에너지는 입자의 크기 및 유동 속도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼.According to claim 1,
Vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional lattice structure, characterized in that the energy required for the fine particles to adhere to the lattice member varies depending on the size and flow rate of the particles.
상기 3차원 격자구조의 표면은 금속재료로 코팅되는 것을 특징으로 하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 그릴.According to claim 1,
A vehicle grill composed of a filter having a three-dimensional grid structure, characterized in that the surface of the three-dimensional grid structure is coated with a metal material.
상기 필터에 포집된 미세입자는 세척 후 재사용이 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 격자구조를 가진 필터로 구성된 차량용 범퍼.According to claim 1,
A vehicle bumper composed of a filter having a three-dimensional lattice structure, characterized in that the fine particles collected in the filter can be reused after washing.
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