KR100857596B1 - 나노입자 생성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소비 전력을 줄일 수 있는 동시에 소형화 할 수 있는 나노입자 생성장치를 개시한다.
본 발명에 따른 나노입자 생성장치는 본체와, 상기 본체 내부에 수용되는 재료를 가열하여 기체상태로 증발시키기 위한 가열유닛과, 내부를 흐르는 소정의 유체를 통해 상기 재료로부터 증발된 기체가 응축되어 형성되는 나노입자를 상기 본체 외부로 배출하기 위해 상기 본체의 일측을 관통하도록 마련된 유로를 구비하는 나노입자 생성장치에 있어서, 상기 가열유닛은 상기 재료에 직접 접한 상태에서 가열하며, 상기 가열유닛을 지지하는 단열재와 점접촉 또는 선접촉하며, 상기 재료로부터 증발되는 기체의 증발방향은 상기 유로의 길이방향과 교차되도록 마련되며, 상기 유로 내부를 흐르는 유체가 상기 가열유닛에 직접 접촉하지 않도록 상기 유로와 상기 가열유닛을 구획하는 구획판을 더 포함한다.

Description

나노입자 생성장치{Nano particle generator}
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따른 나노입자 생성장치이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 나노입자 생성장치이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 3실시예에 따른 나노입자 생성장치이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 4실시예에 따른 나노입자 생성장치이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 5실시예에 따른 나노입자 생성장치이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10: 본체 20: 유로
30: 가열유닛 31: 안착부
32: 지지부 40: 재료
45: 구획판 50: 단열재
본 발명은 나노입자 생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소비되는 전력량을 줄일 수 있으며, 소형화가 가능한 나노입자 생성장치에 관한 것이다.
일반적으로 나노입자는 1nm에서 100nm 정도의 크기를 갖는 극미세입자를 말하며, 이러한 나노입자는 입자크기 및 재료의 성질에 따라 독특한 물리적 화학적 특성을 가지게 된다.
최근에는 금이나 은과 같이 살균, 항균 능력을 갖는 재료 또는 카본류나 이산화티탄과 같이 유해가스 흡착성을 갖는 재료를 나노입자로 생성하여 바이오 오염물질의 살균, 항균 뿐만 아니라 VOC, 오존 등과 같은 유해 가스를 흡착하여 제거하려는 시도가 계속되고 있다.
이와 같은 나노입자를 생성하는 방법의 하나로 재료를 가열하여 기화시킨 후 기화된 기체가 응축하여 나노입자를 생성하는 기체 응축법이 있는데, 이러한 기체 응축법을 통해 나노입자를 생성하는 종래의 나노입자 생성장치를 설명하면 다음과 같다.
종래의 나노입자 생성장치는 고온으로 온도를 형성할 수 있도록 전기가열로 형태로 마련되는 본체와 상기 본체 내부 일측을 관통하도록 설치되는 튜브와 나노입자를 형성할 재료가 담겨지도록 튜브 내부 중앙부에 마련되는 용기와 상기 용기와 대응하는 부위의 본체의 내벽과 외벽 사이에 설치되는 가열체를 구비한다.
따라서, 상기 튜브를 통해 공기와 같은 유체가 흐르도록 한 상태에서 상기 가열체를 가열하게 되면, 본체 내부공간의 온도가 상승하게 되면서 튜브가 가열되어 튜브의 내부 온도도 상승하게 되고, 이를 통해 재료가 가해지는 온도가 소정온도 이상이 되면 재료의 기화에 의해 형성된 기체가 발생하게 되고, 이러한 기체는 튜브 내부를 흐르는 유체에 의해 응축되어 나노입자를 생성하게 되고, 이렇게 생성된 나노입자는 계속되는 유체의 흐름을 통해 본체 외부로 전달된다.
이와 같이 전기가열로의 온도, 튜브를 통과하는 유량과 재료를 담는 용기의 크기 등을 제어하면 1~100nm 직경의 106~108개/cm2의 농도를 갖는 나노입자가 생성된다.
그러나, 종래 기체 응축법으로 나노입자를 생성하는 나노입자 생성장치에서는 본체 내부의 넓은 공간을 수백에서 수천도로 상승시켜야 하기 때문에 많은 전력량이 소비되었다.
또한, 가열체와 재료 사이에 많은 공간을 확보해야 하기 때문에 나노입자 생성장치를 소형화하기 어려웠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 재료를 가열하여 나노입자를 생성시키는 장치에 있어서, 소비 전력을 줄일 수 있는 동시에 소형화 할 수 있는 나노입자 생성장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 나노입자 생성장치는 본체와, 상기 본체 내부에 수용되는 재료를 가열하여 기체상태로 증발시키기 위한 가열유닛과, 내부를 흐르는 소정의 유체를 통해 상기 재료로부터 증발된 기체가 응축되어 형성되는 나노입자를 상기 본체 외부로 배출하기 위해 상기 본체의 일측을 관통하도록 마련된 유로를 구비하는 나노입자 생성장치에 있어서, 상기 가열유닛은 상기 재료에 직접 접한 상태에서 가열하며, 상기 가열유닛을 지지하는 단열재와 점접촉 또는 선접촉하며, 상기 재료로부터 증발되는 기체의 증발방향은 상기 유로의 길이방향과 교차되도록 마련된다.
또한, 상기 유로는 상하방향으로 배치되며, 상기 가열유닛 중 하단부만이 상기 단열재에 지지된다.
또한, 상기 유로 내부를 흐르는 유체가 상기 가열유닛에 직접 접촉하지 않도록 상기 유로와 상기 가열유닛을 구획하는 구획판을 더 포함한다.
또한, 상기 유로는 상기 가열유닛을 중심으로 2개로 분리되며, 상기 가열유닛의 양측면에는 각각의 유로를 흐르는 유체의 의해 재료가 증발되도록 안착부가 각각 형성되며, 상기 재료는 상기 안착부에 코팅 또는 소결처리되어 안착된다.
이하 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따른 나노입자 생성장치를 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1실시예에 따른 나노입자 생성장치는 외관을 형성하는 본체(10)와 유체가 흐르도록 본체(10) 내부 상측에서 본체(10)를 측방향으로 관통하도록 마련된 유로(20)와 재료를 가열하기 위해 본체(10) 내부 하측에 마련되는 가열유닛(30)을 구비한다.
또, 상기 유로(20)의 입구(21)측으로부터 유체를 상기 유로(20) 내부로 공급하고 생성된 나노입자를 본체(10) 외부로 전달할 수 있도록 송풍력을 제공하는 송풍팬(미도시)이 설치된다.
유로(20)의 하측에 마련되는 가열유닛(30)은 나노입자를 생성하고자 하는 재료(40)를 직접 접한 상태에서 가열할 수 있도록 마련되는데, 이는 재료(40)에 대한 가열유닛(30)의 가열방식을 직접가열방식으로 하여 가열유닛(30)과 재료(40) 사이의 공간이 삭제되도록 함으로써 소비전력을 줄일 수 있는 동시에 나노입자 생성장치를 소형화 할 수 있도록 하기 위함이다.
가열유닛(30)의 상부에는 재료(40)가 안착될 수 있도록 가열유닛(30)의 중앙부가 함몰된 안착부(31)가 형성되어 있어, 가루형태의 재료(40)를 안착부(31)에 안착할 수 있다.
가열유닛(30)의 하부에는 가열유닛(30)을 지지하며 가열유닛(30)에서 발생한 열이 본체(10) 외부로 유출되지 않도록 단열시키는 단열재(50)가 마련되어 있다. 이와 같이 단열재(50)를 설치함으로써 가열유닛(30)이 재료(40)를 집중적으로 가열하여 빠른 시간 내에 재료(40)를 증발시킬 수 있도록 하며, 이와 같은 나노입자 생성장치가 가전제품 내부에 설치되는 경우에 가전제품이 가열유닛(30)에서 발생하는 열에 의해 손상되는 것을 방지한다.
가열유닛(30)이 단열재(50)에 지지되는 지지부(32)는 단열재(50)와 최소한으로 접촉하도록 양 단부 만이 접촉되어 있으며 지지부(32)의 중앙부는 단열재(50)와 이격되도록 하여 지지부(32)가 단열재(50)와 점접촉 또는 선접촉하도록 마련하는 것이 바람직하다. 이는 가열유닛(30)이 단열재(50)와 많은 면적으로 접촉하게 되면 가열유닛(30)에서 발생하는 열이 단열재(50)로 많이 전달되므로 재료(40)를 가열하여 증발시키는데 있어 많은 시간이 소요되기 때문이다.
또한, 유로(20)와 가열유닛(30) 사이에는 유로(20) 내부를 흐르는 유체가 가열유닛(30)에 직접 접촉하지 않도록 유로(20)와 가열유닛(30)을 구획하는 구획판(45)이 마련되어 있다. 이와 같은 구획판(45)이 마련하는 이유는 유로(20) 내부를 흐르는 유체가 가열유닛(30)에 직접 접촉함으로써 가열유닛(30)이 가열될 때 온도가 저하되는 것을 방지하여 빠른 시간 내에 재료(40)를 증발시키기 위함이다.
상기와 같이 구성된 나노입자 생성장치에서 전열선(미도시)이 내장된 가열유닛(30)의 온도를 상승시키면 재료(40)의 온도가 상승하게 되어 기화 가능한 온도에 도달하게 된다. 재료(40)가 기화 온도 이상으로 가열되면 유체에 노출되어 있는 재료(40) 표면에서 기화가 일어나게 되고 기화된 재료는 유로(20) 내부를 흐르는 유체에 의해 발생하는 음압에 의해 유로(20) 방향으로 끌려가게 되고 상대적으로 차가운 유체에 의해 순간적으로 온도가 감소됨으로써 기체분자들은 나노미터 크기의 고체 입자로 변환된다. 이와 같이 생성된 나노입자는 주위의 유체와 함께 유로(20) 출구(22)로 빠져나가고 연결관(미도시)을 통해 필요한 곳으로 분사된다.
도 2에는 본 발명의 제 2실시예에 따른 나노입자 생성장치가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 제 2실시예에 따른 나노입자 생성장치는 본체(10)가 세워져 유로(20)가 상하방향으로 형성되어 있으며, 유로(20)의 입구(21)가 하측에 유로(20)의 출구(22)가 상측에 마련되어 유체가 하측에서 상측으로 흐르도록 마련된다. 이때, 가열유닛(30)은 그 하측부만이 단열재(50)에 의해 지지되고 상측부는 단열재(50)와 이격되어 설치되므로 가열유닛(30)이 단열재(50)와 접촉하는 면적을 최소한으로 줄일 수 있으며, 가열유닛(30)은 하측으로 중력을 받게 되므로 하측부만이 단열재(50)에 지지된다고 해도 안정적으로 지지될 수 있다.
이때, 가열유닛(30)의 안착부(31)에 안착되는 재료(40)가 분말형태로 안착될 수 없으므로 재료(40)를 안착부(31)에 코팅하거나 소결처리하여 안착시키는 것이 바람직하다.
도 3에는 본 발명의 제 3실시예에 따른 나노입자 생성장치가 도시되어 있다.
제 3실시예에 따른 나노입자 생성장치는 유로(20)와 가열유닛(30)을 구획하는 구획판이 마련되어 있지 않다.
그 대신 유로(20) 내부를 흐르는 유체를 소정 속도 이상으로 흐르도록 하여 유체의 직진성을 크게함으로써 구획판을 설치하지 않아도 유로(20) 내부를 흐르는 유체가 가열유닛(30)과 직접 접촉하지 않게 된다.
도 4에는 본 발명의 제 4실시예에 따른 나노입자 생성장치가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 제 4실시예에 따른 나노입자 생성장치는 본체(10) 내부의 유로(20)가 단열재(50) 및 가열유닛(30)에 의해 2개의 유로(20a,20b)로 분리되고 각각의 유로(20a,20b)에는 하측에서 상측으로 유체가 흐르게 된다. 또한 가 열유닛(30)의 양측면에는 유로(20a,20b)를 흐르는 유체에 의해 재료가 증발되도록 가열유닛(30)의 양측으로 안착부(31a,31b)가 각각 형성되며, 각각의 재료안착부(31a,31b)에는 각각의 재료(40a,40b)가 안착된다. 또한, 각각의 유로(20a,20b)와 가열유닛(30) 사이에는 구획판(45a,45b)이 각각 마련되어 있어 각각의 유로(20a,20b)내부를 흐르는 유체가 가열유닛(30)에 직접 접촉하지 않도록 한다.
도 5에는 본 발명의 제 5실시예에 따른 나노입자 생성장치가 도시되어 있다.
제 5실시예에 따른 나노입자 생성장치는 각각의 유로(20a,20b)와 가열유닛(30)을 사이에 구획판이 각각 마련되어 있지 않다.
그 대신 각각의 유로(20a,20b) 내부를 흐르는 유체를 소정 속도 이상으로 흐르도록 하여 유체의 직진성을 크게함으로써 구획판을 설치하지 않아도 유로(20) 내부를 흐르는 유체가 가열유닛(30)과 직접 접촉하지 않게 된다.
이상에서 다수개의 실시예에 따른 나노입자 생성장치에 대해 서술하였다. 그러나 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 실시예의 조합의 의한 나노입자 생성장치에 관한 것도 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 나노입자 생성장치에 의하면, 가열유닛과 재료를 직접 접촉하여 가열하고, 가열유닛과 단열재와 접촉면적을 최소로 함으로써 소비 전력을 줄이면서 빠른 시간내에 나노입자를 생성할 수 있다.
또한, 가열유닛과 재료 사이에 많은 공간을 확보할 필요가 없기 때문에 나노입자 생성장치를 소형화할 수 있다.

Claims (5)

  1. 본체와, 상기 본체 내부에 수용되는 재료를 가열하여 기체상태로 증발시키기 위한 가열유닛과, 내부를 흐르는 소정의 유체를 통해 상기 재료로부터 증발된 기체가 응축되어 형성되는 나노입자를 상기 본체 외부로 배출하기 위해 상기 본체의 일측을 관통하도록 마련된 유로를 구비하는 나노입자 생성장치에 있어서,
    상기 가열유닛은 상기 재료에 직접 접한 상태에서 가열하며, 상기 가열유닛을 지지하는 단열재와 점접촉 또는 선접촉하며, 상기 재료로부터 증발되는 기체의 증발방향은 상기 유로의 길이방향과 교차되도록 마련되는 나노입자 생성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유로는 상하방향으로 배치되며, 상기 가열유닛 중 하측부만이 상기 단열재에 지지되는 나노입자 생성장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유로 내부를 흐르는 유체가 상기 가열유닛에 직접 접촉하지 않도록 상기 유로와 상기 가열유닛을 구획하는 구획판을 더 포함하는 나노입자 생성장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유로는 상기 가열유닛을 중심으로 2개로 분리되며, 상기 가열유닛의 양 측면에는 각각의 유로를 흐르는 유체의 의해 재료가 증발되도록 재료가 안착되는 안착부가 각각 형성된 나노입자 생성장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 재료는 상기 안착부에 코팅 또는 소결처리되어 안착되는 나노입자 생성장치.
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