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문제 정의
- 하지만 장비의 가격이 상당히고가이 고 다단 임팩터 부분이 총 13단으로 구성되어 있기 때문에 장비가 커서 고정식으로 사용되고 있다.(勺 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 1μm 이하의 입자상물질을 실시간으로 크기분포에 대한 농도를 얻기 위해 3단으로 임팩터를 구성 하여 포터블하고 저 가형 인 전기 적 임팩터 구성을 목적으로 한다. Fig.
가설 설정
- 465를 사용한다.(3) 다음으로 원하는 분리입경값올 정하고 노즐의 지름과 개수, 압력값을 가정한다. 가정된 값과 식 (2)를 이용해 노즐내의 유동 속도를 구한다.
- 이를 위해 이론적인 설계와 경험적인 실험결과를 얻어 임팩터의 성능을 평가한다. 설계를 하기 위해 먼저 50% 분리 입경에 해당하는 스톡스 수를 가정한다. 저압 다단 임팩터의 경우 보통 실험적으로 구한 평균값인 0.
제안 방법
- 1, 2단의 경우 하전 된 단분산 입자를 사용하여 노즐개수와 직경의 변화를 주어 성능평가를 비교하고 분리성능이 우수한 경우를 택해 최종적인 설계값으로 결정하였다. 2단의 경우, 운전압력에 따른 포집효율의 결과를 살펴보고 실험적으로 구한 평균 Stk"2(stokes number) 값과 이론적인 값을 비교해 보았다. 마지막 단인 3단의 경우, 액체입자와 고체입자를 같은 크기로 발생시켜 기판의 코팅 유무에 따른 포집 효율을 고찰하였다.
- (1) 각 단의 작동압력이 101.3, 78.6, 56.6kPa에서 50%분리 입 경이 430, 166, 43nm인 간이 형 전기적 저압 임팩터를 개발하였다.
- (2) 설계한 하전장치를 사용하여 입자를 하전 시켜 각 단의 입경에 따른 포집효율을 전기적인 방법으로 측정하였다.
- 또한 분리 성능이 좋은 임팩터를 설계하기 위해 각 단마다 압력을 변화 시켜 포집효율을 비교해 보았다. 1, 2단의 경우 하전 된 단분산 입자를 사용하여 노즐개수와 직경의 변화를 주어 성능평가를 비교하고 분리성능이 우수한 경우를 택해 최종적인 설계값으로 결정하였다. 2단의 경우, 운전압력에 따른 포집효율의 결과를 살펴보고 실험적으로 구한 평균 Stk"2(stokes number) 값과 이론적인 값을 비교해 보았다.
- 4기압까지 떨어뜨려야 하므로 첫 번째 단과 두 번째 단 하류에 각각 압력조절용 미세 오리피스를 설치하였다. 1단의 경우 노즐직경은 0.5, 0.6 mm으로 이에 따라 노즐 개수는 9, 16개, 3단의 경우 지름은 0.3mm, 개수는 22개로 설계하였다. 임팩터의 흡입유량은 10L/min 으로 선정하였다.
- 각 단의 입구 압력은 니들 밸브와 압력게이지를 이용 조절하였다. 2대의 미세 전류계(electrometer, keithley 6517A)를 이용, 전류값을 즉정하였다. 정확한 포집효율을 구하기 위해 각 입경마다 측정된 모든 전류값을 받아 평균값으로 각 단의 포집효율 港 구하였다.
- Igm 이하의 입자를 크기별로 분리하기 위해예 비단 제외 3단으로 구성된 저압 임팩터를 설계, 제작하여 전기적인 방법으로 임팩터 개별 단의 성능을 평가하였다. 각각의 전류계에서 측정된 전류값은 A/D 컨버터를 이용해 실시간으로 컴퓨터 화면으로 출력, 저장하여 정확한 값을 얻을 수 있도록 하였다.
- 이렇게 DMA로 분류된 단분산 입자는 HEPA(High Efficiency Particulate Air)필터를 통과한 청정 회석 공기와 시험 입자를 포함한 공기 유량의 합이 임팩터의 작동유량인 10 L/min이 되도록 하였다. 각 단의 입구 압력은 니들 밸브와 압력게이지를 이용 조절하였다. 2대의 미세 전류계(electrometer, keithley 6517A)를 이용, 전류값을 즉정하였다.
- 성능을 평가하였다. 각각의 전류계에서 측정된 전류값은 A/D 컨버터를 이용해 실시간으로 컴퓨터 화면으로 출력, 저장하여 정확한 값을 얻을 수 있도록 하였다. 또한 분리 성능이 좋은 임팩터를 설계하기 위해 각 단마다 압력을 변화 시켜 포집효율을 비교해 보았다.
- 노즐지름이 0.3mm이고 개수가 20개인 2단의 경우, 운전압력에 따른 포집효율곡선을 비교해 보았다. Fig.
- 단분산으로 분류하기 위해 기화응축기(Aerosol Conditioner)® 통과시킨 다음 DMA(Differential Mobility Analyzer, TSI 3081)로 전압을 바꾸어 가면서 분류하였다. 전기 적 인 방법으로 하전 기와 임팩터의 성능을 평가하는 경우, 정확한 시험 입자 발생이 중요하다.
- 10은 환산된 효율값의 평균값을 취해 3단의 효율 곡선을 나타낸 것이다. 또한 고체입자인 NaCl 입자를 발생시켜 기판의 코팅 유무에 따른 포집 효율 곡선을 비교해 나타내었다. 그리스로 코팅을 하였을 경우, 기존의 액체입자의 효율곡선과 일치하는 반면에 기판에 코팅이 없을 경우, 포집 효율이 입자의 튕김현상에 의해 낮게 측정되었다.
- 각각의 전류계에서 측정된 전류값은 A/D 컨버터를 이용해 실시간으로 컴퓨터 화면으로 출력, 저장하여 정확한 값을 얻을 수 있도록 하였다. 또한 분리 성능이 좋은 임팩터를 설계하기 위해 각 단마다 압력을 변화 시켜 포집효율을 비교해 보았다. 1, 2단의 경우 하전 된 단분산 입자를 사용하여 노즐개수와 직경의 변화를 주어 성능평가를 비교하고 분리성능이 우수한 경우를 택해 최종적인 설계값으로 결정하였다.
- 저압 임팩터의 경우, 노즐 지름과 개수의 변화를 주어 성능특성을 비교해보고 운전압력과 기판에 코팅 유무에 따른 입자 채취 곡선을 실험적으로 얻었다. 또한 설계한 하전 장치를 이용하여 임팩터의 분리입경 값을 구해보았다. 본 연구에서 실험을 통해 얻어진 결론은 다음과 같다.
- 2단의 경우, 운전압력에 따른 포집효율의 결과를 살펴보고 실험적으로 구한 평균 Stk"2(stokes number) 값과 이론적인 값을 비교해 보았다. 마지막 단인 3단의 경우, 액체입자와 고체입자를 같은 크기로 발생시켜 기판의 코팅 유무에 따른 포집 효율을 고찰하였다.
- 본 연구에서는 Igm 이하에서 3단으로 입자를 크기별로 분리할 수 있도록 설계를 하였고 다단 임팩터의 분리입경을 0.05, 0.15, 0.5um에서 형성될 수 있도록 하고 예비단을 2.5pm로 하여 설계를 하였다. 상압에서 작동하는 분리입경이 2.
- 본 연구에서는 전기적 임팩터의 구성요소인 하전 장치와 저압 3단 임팩터를 설계, 제작하여 성능평가를 수행하였다. 저압 임팩터의 경우, 노즐 지름과 개수의 변화를 주어 성능특성을 비교해보고 운전압력과 기판에 코팅 유무에 따른 입자 채취 곡선을 실험적으로 얻었다.
- 분리입경이 0.5pm인 3단의 성능평가는 액체인 DOS 입자와 고체 입자인 NaCl 입자를 같은 크기의 영역에서 발생시켜 입자의 튕김현상(Bouncing effect)으로 인한 포집효율곡선의 변화를 살펴보고 기판 올 그리스(grease)로 코팅시켜 튕김현상을 최소화 할 수 있도록 하였다. NaCl 입자는 전기 가열 튜브로를 사용해 발생시켰다.
- 3에 동일한 DOS 입자를 기화-응축기를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우를 비교하여 나타내었다. 이렇게 DMA로 분류된 단분산 입자는 HEPA(High Efficiency Particulate Air)필터를 통과한 청정 회석 공기와 시험 입자를 포함한 공기 유량의 합이 임팩터의 작동유량인 10 L/min이 되도록 하였다. 각 단의 입구 압력은 니들 밸브와 압력게이지를 이용 조절하였다.
- 특히, 1pm 이하에서의 입자상물질을 측정할 수 있는 장비의 수요는 많지만 개발된 제품은 거의 없기 때문에 많은 연구가 필요한 분야이다. 이를 위 한기 초연구로 이미 2단 저 압 임팩터를 설계하여 읻팩터 각단의 성능을 평가하였고, 向 본 연구에서는 설계, 제작 성능평가를 마친 별도의 하전 장치를이 용하여, ⑺ 임팩터 안으로 유입되는 입자가 일정한 하전량을 갖도록 하였다. 이를 위해 먼저 임팩터 안으로 유입되는 입자상 물질들을 코로나 방전을 이용 입자를 입경에 따라 일정한 하 전량을 갖도록 하전시키는 에어로졸 하전기를 설계, 제작하여 성능평가를 하였다.
- 이를 위 한기 초연구로 이미 2단 저 압 임팩터를 설계하여 읻팩터 각단의 성능을 평가하였고, 向 본 연구에서는 설계, 제작 성능평가를 마친 별도의 하전 장치를이 용하여, ⑺ 임팩터 안으로 유입되는 입자가 일정한 하전량을 갖도록 하였다. 이를 위해 먼저 임팩터 안으로 유입되는 입자상 물질들을 코로나 방전을 이용 입자를 입경에 따라 일정한 하 전량을 갖도록 하전시키는 에어로졸 하전기를 설계, 제작하여 성능평가를 하였다. 하전기에 대한 자세한 사항은 별도의 논문⑺에서 다루기로 한다.
- 분리해 내는 것이다. 이를 위해 이론적인 설계와 경험적인 실험결과를 얻어 임팩터의 성능을 평가한다. 설계를 하기 위해 먼저 50% 분리 입경에 해당하는 스톡스 수를 가정한다.
- 2 와 같이 실험장치를 구성하였다. 입자크기에 따라 일정한 하전량을 부가하기 위해 설계, 성능 평가를 마친 하전장치를 사용하였다.
- 2대의 미세 전류계(electrometer, keithley 6517A)를 이용, 전류값을 즉정하였다. 정확한 포집효율을 구하기 위해 각 입경마다 측정된 모든 전류값을 받아 평균값으로 각 단의 포집효율 港 구하였다.
성능/효과
- (3) 운전압력을 낮출수록 임팩터의 분리 입경이 작아지고 레이놀즈 수의 증가로 분리성능이 나빠짐을 실험적으로 확인하였다. 그리고 Stk5O'/2 값은 설계 값과 10% 이내의 오차를 나타내었다.
- (4) 시 험입자가 고체 입자이 고 기판에 그리스로 코팅하였을 경우, 기존의 액체 입자의 효율 곡선과 일치하는 반면에 기판에 코팅이 없을 경우 포집 효율이 입자의 튕김현상에 의해 낮게 측정되었다.
- 44um로 나타났다. 각각의 레이놀즈 수는 1758, 2610으로 노즐내의 유동 패턴이■ 분리성능에 영향을 주는 것으로 나타났다. 2 단의 경우에도 10개보다 20개인 것이 분리 성능이 좋고 분리 입경은 각각 0.
- 7은 x축을 Stk'” 값으로 나타낸 것이다. 운전압력이 작아질수록 분리입경이 작아짐과 달리 Stk501/2 값은 0.51~0.52로 일정하게 나타나 포집효율곡선의 특징이 같았으며 설계값과 10%이내 오차를 보였다.
후속연구
- 향후 연구로는 1呻이하 입자의 크기분포를 실시간으로 측정할 수 있는 전기적 저압 3단 임팩터를 제작하여 신뢰성이 높은 장비와 비교 측정하고 특히, 최근 문제가 되고 있는 디젤 엔진에서 배출되는 입자상 물질을 측정하는 연구를 수행할 예정이다.
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