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문제 정의
- 3 Um 이 상인 입 자의 포집효율을 제시했나. 국내에서는 안강호와 배귀남'”이 중화 기를 봉과한 입자를 사용하여 정전 필터의 포집 효율을 평가하였고, 안강호s는 정전 필터의 단 일 섬유 주위를 통과하는 입자의 거동을 수치해 석적으以 연구하였다. 박영옥 등은 승용차용 정선 필터에 대한 연구를 수행하였다.
- 까지 수행된 국내의 정진 필터에 대한 연구는 많지 않고, 특히 승용차용 캐빈 필터를 대상으로 인체에 해로운 1 pm 이하인 입자의 포집 효율에 대한 정량적인 연구는 거의 수행되지 않았다. 따라서, 본 연구에서는 승용차 실내로 유입 되는 공기를 정화하는데 사용되는 캐빈 필터를 대상으会 시험 입자의 하전 상태에 따른 필터의 포 집효율 특성을 밝혀 내고자 하였다. 초기 의 깨 끗한 핀터 여재를 시험할 수 있는 실험장치를 구
- 본 인구에서는 승용차 실내의 공기를 정화하기 우.]해 사용되는 캐빈 필터의 미세 입자에 대한 포 집효율을 평가하였다.
제안 방법
- 필터 여재의 포집효율은 단분산 시험 입자의 하전 상태에 따라 세 가지로 분류하여 평가하였다. 즉, 분무형 입자발생기와 확산 건조기를 거쳐 DMA를 통과한 1가로 하전된 입자, DMA를 통과 한 후 다시 중화기("°Po)를 통과하여 평형 하전 분포를 갖는 입자, 그리고 DMA와 중화기를 거친 후 평행 평판형 전기 집진기를 통과하여 하전 입 자가 모두 제거된 중성 입자를 사용하였다.
- 01-10 Jim인 입자를 발생시키는 과정에서 분무 하전에 의해 입자가 대전된 경우와 중화기를 거쳐 볼츠만 평형 하전분포를 갖는 경우에 대해 실험했다. Kanaoka 등⑺은 0.02 ~0.4 pm 입자를 대상으로 사각 섬유로 구성된 정전 필터의 성능을 평가하였고, 단인섬유의 포집효율은 나타내는 반 검 힘 식으 제시 했나. Braeunling과 Ptak'1”은 Freudenberg사의 승용차용 정전 필터에 대해 성능을 평가했다.
- 본 인구에서는 승용차 실내의 공기를 정화하기 우.]해 사용되는 캐빈 필터의 미세 입자에 대한 포 집효율을 평가하였다. 필터 여재에 대해 입자의 대전 상태, 유량, 입경에 따른 입자 포집효율을 측성하있고, 카트리지 필터의 경우 필터의 보유 하신량이 포집효율에 미치는 영향을 실험석으로 조사하였다.
- 1과 같다. 단분산 입 자 발생장치 로 분무형 입자발생기와 DMA (Differential Mobility Analyzer, TSI 3080 with TSI 3077 Neutralizer)를, 입자의 하전 특성을 변화시키기 위해 중화기 (项Po)와 전기 집진기를 사용했다.
- 샘플링 프로브에서 CPC에 이르는 튜브 중간에는 각각 볼 밸브를 설치하여 상류와 하류의 입자를 교대 로 측정하였다. 덕트를 통과하는 유량을 제어하기 위해 속도 분포가 일정한 캐빈 필터 하류의 단면에서 속도 분포를 측정한 후, 이것으로부터 유량을 환산하였다. 덕트로 유입되는 공기는 3상 송풍기(0.
- 입자 농도는 필터의 중 하전의 영향을 상대적으로 적게 받는다. 두 상류와 하류의 샘플링 프로브를 사용하여 같은번째로 평형 하전 분포를 갖는 대기 입자들을 모델인 2대의 CPC(Condensation Particle Counter, 사하기 위해 DMA를 통해 발생된 1가로 하전된 TSI 3022A)로 동시에 측정하였다. 이 때, 필터 여 단분산 입자가 ②와 같이 중화기를 통과하도록 재 상류와 하류의 샘플링 튜브의 길이를 같게 하했다.
- 6 pm 범위인 단분산 입자를 사용하여 하전 상태에 따른 필터 여 재의 포집효율을 측성했다. 또한, 실 제로 승용차에 장착되는 카트리지형 캐빈 필터를 시험할 수 있는 성능평가 장치를 구성하여 정전 필터의 보유 하전량 감소가 서J土마이크론 입자의 포집 특성에 미치는 영향을 살펴보았다.
- SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer, TSI 3936) 시스템으로 필터의 상류와 하류에서 입자 크기분포를 측정하였고, 유량에 따른 총 입자 수농도를 측정 하기 위해서 CPC(TSI 3022A)를 이용했다. 샘플링 프로브에서 CPC에 이르는 튜브 중간에는 각각 볼 밸브를 설치하여 상류와 하류의 입자를 교대 로 측정하였다. 덕트를 통과하는 유량을 제어하기 위해 속도 분포가 일정한 캐빈 필터 하류의 단면에서 속도 분포를 측정한 후, 이것으로부터 유량을 환산하였다.
- 성전 필터의 보유 하전량 감소가 필터의 포집 효율에 미치는 영향을 파악하기 위하여 필터 상 류에 양*성 코로나 하전기로 이온을 발생시켜 필터를 통과시켰다. 잉3성 하선기 는 와이어 대 평판(wire-to-plate) 형식을 사용했고, Fig.
- 성한 후', 면유속이 2.4~20.3 cm/s일 때 0.02-0.6 pm 범위인 단분산 입자를 사용하여 하전 상태에 따른 필터 여 재의 포집효율을 측성했다. 또한, 실 제로 승용차에 장착되는 카트리지형 캐빈 필터를 시험할 수 있는 성능평가 장치를 구성하여 정전 필터의 보유 하전량 감소가 서J土마이크론 입자의 포집 특성에 미치는 영향을 살펴보았다.
- 덕트는 10x 10«;1奇)인 단면을 갖고-, 카트리지 필터 고정부는 필터의 크기에 맞추어 22x 16(cn?)이다. 유입 되는 공기 에 포함된 오염입 자를 제거하기 위해 HEPA 필터를 덕트 입구에 장착하여 배경 입자 농도를 10 새/cm, 이하로 유지하였다. 시험 입자로는 소금 입자와 DOS(Di-octyl Sebacate)를 사용했다.
- 초기의 깨끗한 필터와 시험 을 거쳐 보유 하전량이 감소한 필터를 대상으로 중화기 의 통과 유무에 따른 포집효율을 측정하였다. 중앙 입경이 0.05 Jim이고 기하학적 표준편차 가 1.6인 소금 입자를 사용하여, 필터의 상류와 하류에서 총 입자 개수농도를 CPC로 측정하였다. 적은 유량에서는 유량이 증가함에 따라 필터의 입자 포집효율이 급격히 감소하지만, 유량이 많 아질수록 서서 히 감소한다.
- 이 세 가지 경우에 대해서 시험했다. 첫 번째로 0.1% 소금물을 사용하여 분무형 입자발생기로 Fig. 1의 ①과 같이 분무형 입자발생기와 확산 건 조기를 거쳐 DMA를 통해 발생한 1가로 하전된 소금물 액적을 발생시킨 후, 확산 건조기를 거쳐 소금 입자를 얻었다. 소금 입자는 개수 중앙 입 입자를 대상으로 실험을 수행했다.
- 8은 유량에 따른 캐 빈 필터 의 입 자 포집효 율 변화를 보여준다. 초기의 깨끗한 필터와 시험 을 거쳐 보유 하전량이 감소한 필터를 대상으로 중화기 의 통과 유무에 따른 포집효율을 측정하였다. 중앙 입경이 0.
- ]해 사용되는 캐빈 필터의 미세 입자에 대한 포 집효율을 평가하였다. 필터 여재에 대해 입자의 대전 상태, 유량, 입경에 따른 입자 포집효율을 측성하있고, 카트리지 필터의 경우 필터의 보유 하신량이 포집효율에 미치는 영향을 실험석으로 조사하였다. 이러한 연구를 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 필터 여재와 실차에 장착되는 카트리지 필터를 평가할 수 있는 두 가지 실험장치를 제작하였匸 승용차에 장착되는 카트리지 필터를 직접 평가하는 경우 입자 하전 상태나 유량 등에 따른 필터 의 성능을 정량적으로 평가하刃가 쉽지 않으므 로-, 필터 여재를 사용하여 다양한 성능을 평가하였다. 필터를 통과하는 공기 유량과 입자의 하전 상태에 따른 실험 조건은 Table 1과 같다.
- 필터 여재의 포집효율은 단분산 시험 입자의 하전 상태에 따라 세 가지로 분류하여 평가하였다. 즉, 분무형 입자발생기와 확산 건조기를 거쳐 DMA를 통과한 1가로 하전된 입자, DMA를 통과 한 후 다시 중화기("°Po)를 통과하여 평형 하전 분포를 갖는 입자, 그리고 DMA와 중화기를 거친 후 평행 평판형 전기 집진기를 통과하여 하전 입 자가 모두 제거된 중성 입자를 사용하였다.
- 마지막으로 중화기를 거친 평 사용했다. 필터를 통과하는 면유속은 로터미터가 형 하전 입자 중에서 하전 입자를 모두 제거하기 나타내는 청정 공기의 유량과 DMA를 통해 발생 위해 ③과 같이 전기 집진기를 통과시켜 실험을 된 입자가 포함된 유량, 필터 여재 상하류의 CPC 수행했다.
- 덕트에 유입된 입자는 혼합 오리피스를 통과하면서 HEPA 필터를 통과한 깨 끗한 유입 공기와 섞인다. 혼합 오리피스를 통과 한 기류를 균일하게 만들기 위하여 두 개의 다공 판을 설치하였다. 시험 대상인 카트리지 필터는 덕트 내에 누설이 없도록 설치했고, 필터의 상류 와 하류에서 유량에 따른 필터의 압력강하를 측 정하기 위해 압력공을 설치하였다.
- 01 개/cm, 이하)는 희석관에서 시험 입자와 섞인 후, 필터의 압력강 하와 입자 수농도를 측정할 수 있도록 압력공과 샘플링 프로브가 설치된 필터 홀더를 통과한다. 흡인 유량을 고려해 계산했다.
대상 데이터
- 그렇지 만 필터가 보유하고 있는 하전량이 감소하면, 입 자의 포집효율이 급격히 떨어 질 수 있다. 본 연구에서는 시판되는 승용차용 캐빈 필터를 대상으로 성능특성 실험을 수행하였다.
- 1의 ①과 같이 분무형 입자발생기와 확산 건 조기를 거쳐 DMA를 통해 발생한 1가로 하전된 소금물 액적을 발생시킨 후, 확산 건조기를 거쳐 소금 입자를 얻었다. 소금 입자는 개수 중앙 입 입자를 대상으로 실험을 수행했다. 이때 다중 하경 (number median diameter)이 0.
- 혼합 오리피스를 통과 한 기류를 균일하게 만들기 위하여 두 개의 다공 판을 설치하였다. 시험 대상인 카트리지 필터는 덕트 내에 누설이 없도록 설치했고, 필터의 상류 와 하류에서 유량에 따른 필터의 압력강하를 측 정하기 위해 압력공을 설치하였다. SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer, TSI 3936) 시스템으로 필터의 상류와 하류에서 입자 크기분포를 측정하였고, 유량에 따른 총 입자 수농도를 측정 하기 위해서 CPC(TSI 3022A)를 이용했다.
- 유입 되는 공기 에 포함된 오염입 자를 제거하기 위해 HEPA 필터를 덕트 입구에 장착하여 배경 입자 농도를 10 새/cm, 이하로 유지하였다. 시험 입자로는 소금 입자와 DOS(Di-octyl Sebacate)를 사용했다. 덕트에 유입된 입자는 혼합 오리피스를 통과하면서 HEPA 필터를 통과한 깨 끗한 유입 공기와 섞인다.
이론/모형
- 시험 대상인 카트리지 필터는 덕트 내에 누설이 없도록 설치했고, 필터의 상류 와 하류에서 유량에 따른 필터의 압력강하를 측 정하기 위해 압력공을 설치하였다. SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer, TSI 3936) 시스템으로 필터의 상류와 하류에서 입자 크기분포를 측정하였고, 유량에 따른 총 입자 수농도를 측정 하기 위해서 CPC(TSI 3022A)를 이용했다. 샘플링 프로브에서 CPC에 이르는 튜브 중간에는 각각 볼 밸브를 설치하여 상류와 하류의 입자를 교대 로 측정하였다.
- 성전 필터의 보유 하전량 감소가 필터의 포집 효율에 미치는 영향을 파악하기 위하여 필터 상 류에 양*성 코로나 하전기로 이온을 발생시켜 필터를 통과시켰다. 잉3성 하선기 는 와이어 대 평판(wire-to-plate) 형식을 사용했고, Fig. 2의 ";와 >:1>)사이에 설 치 했다. Fig.
성능/효과
- (1) 필터 여재의 경우 1가로 하전된 단분산 입 자는 0.3~0.5(im 범 위 에서 최소 포집효율을 나 타내고, 입 경이 작을수록 포집효율이 높았다. 이 깃은 이동도가 큰 작은 입자들이 대전된 섬유에 쉽게 무착뇌 기 때문이다.
- (2) 볼츠만 평형 하전 분포를 갖는 단분산 입자 의 포집효율은 입 경이 1 pm 이하인 경우 거의 일성하込 입자당 절대 평균 하전수가 1인 0.18 u m인 입사의 포집효율은 1가로 하전된 입자의 경우와 비슷하였다.
- (4) 카트리 지 필터 의 초기 포집효율은 입자 대 전량이 클수록 유량이 적을수록 높게 나타났는 데, 시가이 경과함에 따라 정전 필터의 보유 하 전량이 감소하여 필터 여재의 포집효율보다 낮 다.
- (5) 카트리지 필터의 경우 양극성 하전기로 이 온을 발생시켜 정전 필터의 하진 보유량을 감소 시키면, 0.1-0.5 pm 범위에서 유량에 무관하게 포 집효율이 10% 이 하로 감소한다.
- 평 형 하 전 분포의 입자는 입경이 클수록 중성 입자의 비율이 심점 줄어들게 도1다. 본 실험의 경우는 0.26 lim 보나 작은 입경 범위에서 재현성 있는 결과를 얻은 수 있었다. 그림과 같이 중성 입자에 대한 정신 필터의 최소 포집효율이 0.
- 5 叩1단분산 입자를 대상으로 입자 하전이 정전 필터의 포집효율에 미치는 영향을 연구하였다. 코로나 방전을 이용한 입자 하전기를 제작하여 평균 입자당 하전수를 6~20개로 만들어 실험했는데, 필터나 시험 입자 가 하전된 경우의 입자 포집효율이 중성인 경우에 비해 높게 나타났다. Walsh와 Stenhouse'4는 입 자 크기, 하전량 및 입자 퇴적 량에 따른 정전 필터의 포집효율을 측정했는데, 입자 되적량이 같더 라도 입 자의 하전량이 크면 입 자 포집효율이 높다는 결과를 얻 었다.
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