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문제 정의
- 본 연구에서는 대기 에어로졸의 즉정에 사용되고 있는 미세 오리피스형 다단 임팩터(MOUDI)를 대상으로 각 단의 노즐 벽면에서 입자의 부착 형태를 살펴보았다. Fig.
- 본 연구에서는 수년 동안 대기 에어로졸 측정 에 사용되고 있는 미 세 오리 피 스형 다단 임팩터 (MOUDI) 를 대상으로 민저 노즐의 막힌 정도를 광학 현미정으로 관찰한 후, 전기직 방법을 사용하여 분리입경이 1 Jim 이하인 임팩터 단의 입자 채 취효율을 평 가하여 노즐 막힘 에 의한 임팩 터 의 성능변화를 살펴보-았다.
제안 방법
- 진공펌프 상류의 니들 밸브 로 임팩터를 통과하는 유량을 조절하였고, 질량유량계(mass flow meter, TSI model 3063)로 유량을 측정하였다. DMA를 거쳐 분리된 단분산 입자들은 (+)1가의 단위 전하(1.6x IO-'9 Coulomb)를 갖기 때문에 페 러데이 케 이지 와 극미량 전류계(electrometer, Keithley model 6517A)를 이용하여 임팩터의 상류와 하류의 전류를 측정한 후, 임팩 터 각 단의 채취효율(少을 식(1)과 같이 계산하였다. 극미량 전류계의 분해능은 1 fA(0.
- 임팩터의 노즐 내벽에 입자 부착으로 인한 영 향은 임팩 터의 상류와 하류의 압력 차이를 측정 하면 추정할 수 있다. MOUDI의 정격유량인 30 L/min을 흡인할 때 각 단의 압력강하를 측정하였다. Fig.
- 2(a)는 유동의 하류 부 분인 노즐 아래쪽에서 촬영한 것인데, 노즐은 매우 둥근 원형이고 직경은 제조사가 제시한 값 (400 Jim)과 거의 일치한다. 광학 현미경 렌즈의 초점을 깊이 방향으로 바꾸면서 촬영한 후, 이미 지를 합성하는 방법을 사용하여 깊이에 따른 노 즐 내부의 입자부착 정도를 전체적으로 관찰하였다. Fig.
- 먼저 광학 현미경((기ympus model BX80M)을 이용하여 노즐의 막힌 정도를 관찰하였다. 노즐 입 구인 상부의 경우 기판의 고정대가 설치되어 있 으므로-, 노즐 출구인 하부로부터 노즐 밑면 및 깊이에 따라 입자가 부착되어 있는 모습을 살펴 보았다. 이때, 렌즈의 배율을 50, 200, 500배로 맞 추어 관찰하였다.
- 다단 임팩터 사용 시 시험 단의 상류에 설치되는 단들의 압력강하를 모사하기 위하여 2개의 볼 밸브를 설치하였고, 상류 농도 측정시 시험 단의 압력강하를 모사하기 위하여 니들 밸브를 추가로 설치하였다.
- 이때, 렌즈의 배율을 50, 200, 500배로 맞 추어 관찰하였다. 다중 초점 기법을 사용하여 노 즐의 깊이별로 여러 장의 이미 지를 촬영 하여 저 장한 후:, 전체 이미지를 합성하였다. 즉, 전체 깊 이에 따른 입자의 부착 형태를 하나의 사진으로 나타냈다.
- 본 연구에서는 수 년 동안 대기 에어로졸의 측 정과 공기청정기기의 성능평가에 사용되었던 미 세 오리피스형 다단 임팩터(MOUDI)의 노즐의 막 힌 정도를 광학 현미경을 이용하여 관찰하였다. 또한, 1 Um 이 하인 미 세 입 자를 발생시켜 전기 적 입자계수법을 사용하여 50% 분리입경이 0.56, 0.32, 0.18 pm이고 노즐 직경이 400, 140, 90 [im인 6~8단의 입자채취효율을 평가함으로써, 노즐 의 막힌 정도가 임팩터의 성능에 미치는 영향도 조사하였다. 현미경 사진과 성능평가 실험결과로 부터 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 먼저 광학 현미경((기ympus model BX80M)을 이용하여 노즐의 막힌 정도를 관찰하였다. 노즐 입 구인 상부의 경우 기판의 고정대가 설치되어 있 으므로-, 노즐 출구인 하부로부터 노즐 밑면 및 깊이에 따라 입자가 부착되어 있는 모습을 살펴 보았다.
- 본 연구에서는 수 년 동안 대기 에어로졸의 측 정과 공기청정기기의 성능평가에 사용되었던 미 세 오리피스형 다단 임팩터(MOUDI)의 노즐의 막 힌 정도를 광학 현미경을 이용하여 관찰하였다. 또한, 1 Um 이 하인 미 세 입 자를 발생시켜 전기 적 입자계수법을 사용하여 50% 분리입경이 0.
- 본 연구에서는 임팩 터 단의 입 자채 취효율을 평 가하기 위하여 Fig. 1과 같이 실험장치를 구성하였다. 단분산 시험 입자를 만들기 위하여 기화-응축 방법으로 액체인 DOS(Dioctyl Sebacate, 밀도 = 0.
- 본 연구에서는 전기적 입자계수법을 이용하여 6~8단의 입자채취효율을 평가하였다. 모든 단이 설치되는 경우와 동일하게 각 단의 상류와 하류 의 압력을 조절하였다.
- 용질인 dos와 용-매인 이소프로필 알콜로 만들 어진 용액이 기하-응축 방법에 의해 발생된 후, 용액의 DOS 농도에 따라 발생되는 DOS 입자의 기하 평균 입겅 (geometric mean diameter)이 다}라지므로, 용액의 농도를 변경하여 시험 입자의 a 기분포를 변싱시켰다. 임패터의 입자채취 성능 실힘을 시즈!■하기 전에 SMPS(TSI model 3936)-让m기분포른 측정한 후, 기하 평균 입겅보다 注 이자른 발생시켰다.
- 노즐 입 구인 상부의 경우 기판의 고정대가 설치되어 있 으므로-, 노즐 출구인 하부로부터 노즐 밑면 및 깊이에 따라 입자가 부착되어 있는 모습을 살펴 보았다. 이때, 렌즈의 배율을 50, 200, 500배로 맞 추어 관찰하였다. 다중 초점 기법을 사용하여 노 즐의 깊이별로 여러 장의 이미 지를 촬영 하여 저 장한 후:, 전체 이미지를 합성하였다.
- HEPA(High Efficiency Particulate Air) 필터를 농과한 깨끗한 희석 공기의 유량을 40 L/min으로 맞추고, 이 중에서 30 L/min의 유량이 희 석관으로 유입되어 임팩터의 시험부를 통과하고, 나머지 10 L/min의 유량은 대 기압인 외 부로 배출시 켜 서 혼합부의 압력이 대기압에 가까우면서 일정하게 유지되도록 하였다. 진공펌프 상류의 니들 밸브 로 임팩터를 통과하는 유량을 조절하였고, 질량유량계(mass flow meter, TSI model 3063)로 유량을 측정하였다. DMA를 거쳐 분리된 단분산 입자들은 (+)1가의 단위 전하(1.
대상 데이터
- 본 연구에서 관심을 갖는 단은 노즐의 직경이 작은 MOUDI의 6~8단으로 제조사가 제시하는 50% 분리입경 이 각각 0.56, 0.32, 0.18 pm이다. 입자가 작아 중량법이나 형광법을 사용하면 실험 시간이 너무 길어 신뢰할 수 있는 데이터를 얻기 곤란하고, 각 단의 압력강하가 크므로 성능평가에 응죽핵 계수기 (condensation particle counter,CPC)를 사용하기 어렵기 때문에 본 연구에서는 전기적 입자계수법을 사용하였다.
- 본 연구의 대상인 미세 오리피스형 다단 임巴 터(MOUDI)는 个닌 동안 대기 에어로졸의 입싱분 포 측정과 공기청 징기기의 싱능평가에 사용되었다. 8단으로 구성된 각 단의 분리입 경은 0.
- 보통 큰 흡인 유량에서 도 임팩터 단의 압력강하가 크지 않도록 많은 수의 노즐을 사용한다. 본 연구의 대상인 미세 오리피스형 다단 임팩터(micro-orifice uniform deposit impactor, MOUDI; MSP model 100)의 경우 입자의 50% 분리 입경(cut size)이 0.32 Jim인 7단은 직경이 140 Jim인 900개의 노즐로 만들어져 있고, 분리 입경이 0.18 um인 8단은 직경이 90 um인 900개의 노즐로 이루어져 있다.Table 1은 MOUDI에 대하여 노즐 직경 이 작은 4단에서 8단까지의 설계 인자를 나타낸 것이다.
이론/모형
- 1과 같이 실험장치를 구성하였다. 단분산 시험 입자를 만들기 위하여 기화-응축 방법으로 액체인 DOS(Dioctyl Sebacate, 밀도 = 0.915 g/cn『) 입 자를 발생 시켰다. DOS는 액 체 이므로 임팩터 기 판에서 튕 김 현상이 생기지 않 고, 기히-응축 방법을 사용하기 때문에 표준편차 가 작은 크기 분포의 입자를 발생 시킬 수 있다.
- 18 pm이다. 입자가 작아 중량법이나 형광법을 사용하면 실험 시간이 너무 길어 신뢰할 수 있는 데이터를 얻기 곤란하고, 각 단의 압력강하가 크므로 성능평가에 응죽핵 계수기 (condensation particle counter,CPC)를 사용하기 어렵기 때문에 본 연구에서는 전기적 입자계수법을 사용하였다. Marple 등(3)은 임型터 단의 상류와 하류에서 전기적 에어로졸검줄'기(electrical aerosol detector)를 사용하여 채취 효율을 평가하였다.
성능/효과
- (1) 대기 에어로졸의 측정에 사용되고 있는 미 세 오리피스형 다단 임팩터(MOUDI)의 노즐 벽면 은 입자가 부착되어 부분적으로 막혀 있었고, 분 리입경이 0.32 um인 7단의 경우 가장 심하게 막 혀 있었다. 이것은 6단에 비해 노즐 직경이 크게 감소하고, 8단에 비해 고농도의 입자가 7단의 노 즐을 통과하였기 때문인 것으로 생각된다.
- (2) 노즐에 부착된 입자의 영향으로 각 단의 압 력강하는 증가하였는데, 깨끗한 노즐과 비교할 때 노즐 벽면에 입자가 많이 부착되어 있던 6단 과 7단의 압력강하가 크게 증가하였다.
- (3) 깨끗한 상태에서 6~8단의 50% 분리입 경은 각각 0.18, 0.32, 0.56 Jim인데, 노즐 벽면에 입자가 부착듸어 노즐의 일부가 막혀 있는 경우 각 단의 분리입 경은 각각 0.15, 0.185, 0.38 師로 작아졌다. 이것은 임팩터 의 노즐이 부분적 으로 막 혀있어 결과적으로 노즐의 직 경이 줄어드는 효과가 발생되어 임팩터의 입자분리 성능이 변한 것을 의미한다.
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