KR101322689B1 - 섬유형상 입자의 분리 방법 및 시스템 - Google Patents

섬유형상 입자의 분리 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 섬유형상 입자의 분리 방법에 관한 것으로서, 에어로졸에 포함된 입자들의 하전상태를 중화하는 단계; 상기 중화된 에어로졸에 남아있는 하전 입자를 제거하는 단계; 상기 중화된 에어로졸을 불균일한 전기장 사이로 통과시켜 섬유 형상의 입자들에 쌍극자 모멘트를 발생시키는 단계; 및 에어로졸을 전기장 사이로 통과시켜 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유 형상의 입자를 분리하는 단계를 포함하는 섬유형상 입자의 분리 방법을 제공한다.
그리고 본 발명에 의한 섬유형상 입자 분리 시스템은, 에어로졸에 포함된 입자의 하전 상태를 중화하는 에어로졸 중화기; 및 상기 에어로졸 중화기를 거친 에어로졸을 일정 거리 이격된 내부 전극과 외부 전극의 사이로 통과시켜 에어로졸에 포함된 섬유형상의 입자를 분리하는 분류기를 포함하며, 상기 분류기는 상기 두 전극 사이에 불균일한 전기장을 형성하여 섬유형상의 입자에 쌍극자 모멘트를 형성하는 부분을 포함하는 섬유형상 입자 분리 시스템을 제공한다.
본 발명은, 전기적으로 중립상태인 입자를 포함하는 불균일한 전기장 사이로 통과시킴으로써, 섬유형상의 입자에만 쌍극자 모멘트를 발생시키고 이에 따른 정전기적 이동도의 차이를 이용하여 섬유형상의 입자만을 분리할 수 있는 효과가 있다.

Description

섬유형상 입자의 분리 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR SEPARATING FIBROUS PARTICLES}
본 발명은 섬유형상 입자의 분리 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 섬유형상 입자에 대하여 쌍극자 모멘트를 유발하여 그에 따른 입자의 이동도 차이를 이용하여 섬유형상의 입자를 분리할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 생산공정의 클린룸과 같은 청정 공간 내에 존재하는 입자들의 측정은 반도체 생산 공정에서 매우 중요한 요소이며, 반도체 기술의 발달로 반도체의 선폭이 감소함에 따라서 나노 단위의 입자까지 측정할 수 있는 기술이 요청되고 있다.
또한, 최근에는 나노미터 내지 마이크로미터 크기의 구조를 가지는 입자를 사용하는 기술이 발전하면서, 초미세 입자를 측정하는 것에서 나아가 크기별로 분류하는 기술이 연구의 기본조건이 되고 있다.
이렇듯 미세입자를 측정, 평가 및 분류하는 기술에 대한 요구가 여러 방면에서 증가하고 있다.
입자 분리 장치의 일종인 전기적 입자 분급장치(DMA, different mobility analyzer)는 정전기력에 의한 입자의 이동도 차이를 이용하여 입자를 분류하는 장치로, 미분형 전기이동도 분석기 또는 미분형 정전분급기라고도 불린다.
구체적으로 DMA는 하전된 입자의 이동속도가 입자 지름의 함수인 것을 이용하여 다분산(poly-disperse) 입자에서 원하는 지름을 가진 단분산(mono-disperse)입자를 선별하는 장비이다.
도 4는 종래의 일반적인 DMA의 구조를 나타내는 도면이다.
종래의 DMA는 내부에 위치하는 원통형의 내부 전극(1)과 내부 전극(1)을 둘러싸고 있는 외부 전극(2)으로 구성되며, 일반적으로 내부 전극(1)에 높은 전압을 인가하고 외부 전극(2)은 접지된다.
측정 또는 분류 대상이 되는 다분산 에어로졸(Qpo)과 청정한 공기인 보호공기(sheath air)(Qsh)를 함께 DMA 내로 유입시키면, 내부 전극(1)과 외부 전극(2) 사이에 형성된 전기장의 영향으로 다분산 에어로졸 내에 분산된 입자들이 전기력을 받으면서 하류로 흘러간다.
이때, 입자의 하전량이 동일하다면, 큰 입자는 내부 전극(1)으로 접근이 늦어질 것이고, 작은 입자는 내부 전극(1)으로 빠르게 접근하여 포집될 것이다. 그리고 내부 전극(310)의 하부의 적당한 위치에 가이드(6)를 설치하면 내부 전극(1)과 가이드(6) 사이의 슬릿을 통해서 원하는 크기의 입자만 포함된 단분산 에어로졸(Qmo)을 분리하고, 나머지 잔여 에어로졸(Qex)은 별도로 배출시킨다. 이로써 원하는 크기의 입자만을 분류할 수 있으며, 분류된 에어로졸을 입자 계수기로 보내서 측정할 수도 있다.
한편, 최근에는 섬유형상의 입자를 분리하고 계측하기 위한 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.
일반적으로 섬유형상의 입자는 입자의 길이 대 폭의 비율이 10 이상인 경우를 말하며, 석면과 탄소나노튜브 등이 이에 해당한다. 석면의 경우는 인체에 매우 해롭기 때문에 이를 분리하여 제거하거나 오염도 측정을 위해 분리하여 계측하는 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 탄소나노튜브의 경우는 제조과정에서 촉매 입자와 같은 구형의 입자들과 섞이기 때문에 고순도의 제품을 확보하기 위하여 탄소나노튜브만을 분리할 필요가 있다.
상기한 종래의 DMA의 길이를 매우 길게 하여 섬유형상의 입자를 분리하는 방법을 개발하려는 노력이 있었으나 DMA의 크기가 너무 커지는 문제로 실용화되지 못하였으며, 현재 섬유형상의 입자만을 분리하는 방법이나 장비는 거의 없는 실정이다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 섬유형상의 입자를 분리할 수 있는 방법과 분리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 섬유형상 입자의 분리 방법은, 섬유 형상의 입자들을 포함한 다양한 입자들이 분포된 에어로졸에서 섬유 형상의 입자들을 분리하는 방법으로서, 에어로졸에 포함된 입자들의 하전상태를 중화하는 단계; 상기 중화된 에어로졸에 남아있는 하전 입자를 제거하는 단계; 상기 중화된 에어로졸을 불균일한 전기장 사이로 통과시켜 섬유 형상의 입자들에 쌍극자 모멘트를 발생시키는 단계; 및 에어로졸을 전기장 사이로 통과시켜 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유 형상의 입자를 분리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 발명자들은 구형의 입자와 달리, 길이 대 폭의 비율이 10 이상이기 때문에 길이와 폭의 차이가 큰 섬유형상의 입자는 쌍극자 모멘트(dipole-moment)가 발생하는 점을 이용하여 섬유형상의 입자만을 분리하는 방법을 개발하였다.
이를 위하여 종래의 DMA가 입자를 하전 시키는 것과 반대로, 먼저 입자들을 전기적으로 중화시켜 정전기적으로 중립상태로 만들고, 에어로졸을 먼저 불균일한 전기장 사이로 통과시켜 섬유형상의 입자에 쌍극자 모멘트를 형성한다. 그리고 에어로졸을 전기장 사이로 통과시키면, 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자들에 대해서만 정전기적 인력이 작용하여 구형상의 입자들과 이동도에 차이가 발생하기 때문에 섬유형상의 입자들만 분리할 수 있다. 정전기적 인력은 균일한 전기장과 불균일한 전기장 모두에서 발생하므로 이동도의 차이를 발생시키기 위한 전기장은 불균일하거나 균일할 수 있다.
이때, 전기적 중화과정을 거친 경우에도 일부 입자는 전하를 띌 수 있으므로, 중화되지 않은 입자를 제거하는 단계를 더 추가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시형태에 의한 섬유형상 입자 분리 시스템은, 에어로졸에 포함된 입자의 하전 상태를 중화하는 에어로졸 중화기; 및 상기 에어로졸 중화기를 거친 에어로졸을 일정 거리 이격된 내부 전극과 외부 전극의 사이로 통과시켜 에어로졸에 포함된 섬유형상의 입자를 분리하는 분류기를 포함하며, 상기 분류기는 상기 두 전극 사이에 불균일한 전기장을 형성하여 섬유형상의 입자에 쌍극자 모멘트를 형성하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 분류기는 두 전극 사이에 균일한 전기장을 형성하여 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자에 정전기적 인력을 가하는 부분을 더 포함하여, 이동도 차이에 의한 분리 효과를 높일 수 있다.
에어로졸 중화장치(aerosol charge neutralizer)는 에어로졸에 포함된 입자들을 전기적으로 중화시키는 장치이며, 초기에 다양한 대전량 분포를 갖는 입자를 중성인 대전량 분포를 만들어 주는 양극성 확산 하전기이다.
일반적인 에어로졸 중화장치는 210Po나 241Am과 같은 α-선원이나 85Kr과 같은 β-선원 또는 연질x-선(soft x-ray)을 사용한다. 이들 방사선원이 방출하는 방사선으로 주위 공기 분자들을 이온화시켜 고농도의 이온을 발생시키도록 구성한 다음, 그 내부에 에어로졸을 통과시키면, 초기에 다양하게 하전된 입자들이 고농도의 양이온과 음이온이 존재하는 중화기 내부를 통과하는 과정에서 평형상태의 대전량을 갖게 된다.
이러한 에어로졸 중화장치는 에어로졸에 포함된 입자의 하전 상태를 중화하는 것이면 특별하게 제한되지 않으므로 자세한 설명을 생략한다.
이때, 에어로졸 중화장치를 거친 에어로졸 내에 남아 있는 하전입자를 제거하는 수단을 더 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 하전입자 제거 수단은 전기집진기일 수 있다.
전기집진기(electro-static precipitator)는 전기력을 이용하여 하전된 입자를 포집하는 장치이며, 일반적인 장치이므로 자세한 설명은 생략한다.
불균일한 전기장을 형성하기 위하여 분류기는 서로 대향된 상기 내부 전극 표면의 면적보다 상기 외부 전극 내면의 면적이 넓어서 상기 내부 전극과 상기 외부 전극 사이에 불균일한 전기장이 발생하는 부분을 포함하는 구조인 것이 바람직하다.
구체적으로 내부 전극은 단면이 외측으로 돌출된 곡선인 곡선부를 포함하며, 이 곡선부에서 내부 전극과 외부 전극의 면적차이에 의해 불균일한 전기장이 형성되는 구조일 수 있다. 내부 전극에 곡선부를 형성하면 내부전극과 일정거리 이격되어 대향된 외부 전극의 면적이 내부 전극의 면적보다 넓기 때문에 불균일한 전기장이 형성된다. 이때, 내부 전극은 단면이 직선인 직선부를 더 포함하며, 이 직선부에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 면적이 같으므로 사이에 균일한 전기장이 형성되는 구조일 수 있다. 내부 전극에 곡선부를 형성하면 내부전극과 일정거리 이격되어 대향된 외부 전극의 면적이 내부 전극의 면적보다 넓기 때문에 불균일한 전기장이 형성된다.
다른 형태의 분류기는 상부와 하부에 에어로졸을 유입 또는 유출시키기 위한 상부 유출입구와 하부 유출입구가 형성되고, 내부에 공간이 형성된 외부 전극; 및
상기 외부 전극 내부의 공간에 배치되고, 상기 외부 전극의 내면과 일정 거리 이격된 내부 전극을 포함하여 구성되며, 상기 내부 전극이 옆면이 곡면인 원판 형상이며, 상기 내부 전극의 옆면에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 사이에 불균일한 전기장이 형성되고, 상기 내부 전극의 윗면과 아랫면에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 사이에 균일한 전기장이 형성되는 구조일 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시형태에 의한 섬유형상 입자 계측 시스템은, 상기한 섬유형상 입자 분리 시스템과 이 섬유형상 입자 분리 시스템에서 분리된 섬유형상 입자의 수를 측정하는 입자계수기를 포함한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 전기적으로 중립상태인 입자를 포함하는 불균일한 전기장 사이로 통과시킴으로써, 섬유형상의 입자에만 쌍극자 모멘트를 발생시키고 이에 따른 정전기적 이동도의 차이를 이용하여 섬유형상의 입자만을 분리할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입자 분리 장치의 구조 및 작동방법을 나타내는 정단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 입자 분리 장치에 유입된 에어로졸의 흐름을 나타내는 평단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 입자 분리 장치의 내부에 형성되는 전기장의 모습을 나타내는 정단면도이다.
도 4는 종래의 일반적인 DMA의 구조를 나타내는 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 섬유형상 입자 분리 시스템의 구조를 나타내는 모식도이다.
본 실시예의 섬유형상 입자 분리 시스템은 에어로졸 중화기(100), 전기 집진기(200) 및 분류기(300)를 포함하여 구성되며, 이들은 순서대로 연결되어 섬유형상의 입자를 포함하는 에어로졸이 이들 장치를 순서대로 지나간다.
에어로졸 중화기(100)는 에어로졸에 포함된 입자들을 전기적으로 중화시키는 장치이며, 초기에 다양한 대전량 분포를 갖는 입자를 중성인 대전량 분포를 만들어 주는 양극성 확산 하전기이다.
일반적인 에어로졸 중화장치는 210Po나 241Am과 같은 α-선원이나 85Kr과 같은 β-선원 또는 연질x-선(soft x-ray)을 사용한다. 이들 방사선원이 방출하는 방사선으로 주위 공기 분자들을 이온화시켜 고농도의 이온을 발생시키도록 구성한 다음, 그 내부에 에어로졸을 통과시키면, 초기에 다양하게 하전된 입자들이 고농도의 양이온과 음이온이 존재하는 중화기 내부를 통과하는 과정에서 평형상태의 대전량을 갖게 된다.
이러한 에어로졸 중화장치는 에어로졸에 포함된 입자의 하전 상태를 중화하는 것이면 특별하게 제한되지 않으므로 자세한 설명을 생략한다.
전기 집진기(200)는 전기력을 이용하여 양 또는 음의 전하를 가지는 하전 입자를 포집하는 장치이며, 에어로졸 중화기(100)를 거친 에어로졸에 남아있는 하전입자를 제거한다. 이를 위하여 전기 집진기(200)에는 고전압을 인가할 수 있는 전원(210)이 연결된다. 전기 집진기는 일반적인 장치이므로 자세한 설명은 생략한다.
분류기(300)는 에어로졸 중화기(100)와 전기 집진기(200)를 지나면서 전기적으로 중성인 입자들만을 포함하는 에어로졸에서 섬유형상의 입자들만을 분리하는 장치이다. 이를 위하여 분류기(300)는 두 개의 전극을 포함하며, 특히 두 개의 전극 사이에 불균일한 전기장을 형성하여 섬유형상의 입자에 쌍극자 모멘트를 형성하는 부분과 두 개의 전극 사이에 균일한 전기장을 형성하여 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자의 이동에 차이를 발생시키는 부분을 포함하여 구성된다.
분류기(300)의 구체적인 구조와 분류기(300) 내에서 섬유형상의 입자가 분리되는 과정은 이후에 자세하게 설명하도록 한다.
분류기(300)에 강력한 전기장을 형성하기 위하여 분류기(300)에는 고전압을 인가할 수 있는 전원(400)이 연결되며, 분류기(300)에 유입되는 에어로졸의 유량을 측정 및 조절하기 위한 유량계(500)가 전기 집진기(200)와 분류기(300)의 사이에 설치된다.
도 2는 본 발명에 실시예에 따른 분류기의 구조 및 분리 과정을 나타내는 모식도이다.
본 실시예의 분류기는 내부 전극(310)과 그 외부를 둘러싸고 있는 외부 전극(320)을 포함하여 구성된다.
내부 전극(310)은 축 대칭인 원판 형상이고 옆면이 곡면이며, 외부 전극(320)은 내부 전극(310)과 일정한 거리 이격되어 내부 전극(310) 둘레에 위치한다. 내부 전극(310)은 전원(400)과 연결되고 외부 전극(320)은 접지되어, 내부 전극(310)에 고전압을 인가하면 내부 전극(310)과 외부 전극(320) 사이의 공간인 분급영역에 전기장이 형성된다.
도 3은 본 실시예에 따른 분류기의 내부에 형성되는 전기장의 모습을 나타내는 단면도이다.
내부 전극(310)은 외부 전극(320)과 이격된 거리가 동일하므로, 단면이 직선인 내부 전극(310)의 윗면과 아랫면에서는 두 전극이 대향된 면의 넓이가 같으며, 이는 평행한 두 판이 대향된 것과 같은 형태이므로 균일한 전기장이 발생된다. 그러나 단면이 곡선인 내부 전극의 옆면 부분은 내부 전극(310) 표면의 면적보다 외부 전극(320) 내면의 면적이 더 넓기 때문에 내부 전극(310) 쪽의 전기장이 더 강한 불균일한 전기장을 형성한다.
다분산 에어로졸 속에 포함된 섬유상의 입자는 전기장이 불균일한 구간에서 쌍극자 모멘트를 형성하여 전기장의 영향을 받는다.
그리고 내부 전극(310)에 인가되는 전압에 의해 분급영역에 발생하는 전기장의 세기와 방향이 결정된다. 전기장의 세기는 분류 또는 측정의 대상이 입자의 크기에 따라서 조절한다.
한편, 분류기의 외부 전극(320)에는 분급영역으로 에어로졸이 유입 또는 유출되는 유출입구가 상부와 하부에 각각 형성된다.
외부 전극(320)의 상부에 형성된 상부 유출입구(330)는 내부 전극(310)의 대칭축에 가깝게 형성된 상부 내측 유출입구(332)와 상부 내측 유출입구(34)보다 대칭축에서 떨어져서 형성된 상부 외측 유출입구(334)로 구성한다.
도 2는 상부 유출입구(330)를 통해서 중화된 분류 대상 에어로졸을 유입시켜 섬유형상의 입자를 분리하는 경우를 나타내며, 이 경우 상부 내측 유출입구(332)로는 보호공기(sheath air)(Qsh)를 유입시키고, 상부 외측 유출입구(334)로는 분류 대상인 다분산 에어로졸(Qpo)을 유입시킨다. 다분산 에어로졸(Qpo)은 다양한 크기와 모양의 입자가 분산된 에어로졸이며 에어로졸 중화기(100)와 전기 집진기(200)를 거치면서 입자들이 전기적으로 중성상태이다.
그리고 상부 외측 유출입구(334)와 상부 내측 유출입구(332)의 사이에는 차압을 형성하여 축방향의 유체 흐름을 균일하게 유지하는 흐름 균일화 장치(flow straightener)(350)를 설치하여, 보호공기(Qsh)가 분급영역 내에서 균일한 층류 유동(laminar flow)을 하도록 한다.
전기적으로 중성 상태인 다분산 에어로졸(Qpo)은 상부 외측 유출입구(334)로 유입되어, 흐름 균일화 장치(350)를 지나서 균일한 층류 유동을 하는 보호공기(Qsh)와 혼합되고, 혼합된 기체는 균일한 층류 유동으로 내부 전극(310)과 외부 전극(320)의 사이 공간인 분급영역을 이동하게 된다.
혼합된 기체가 내부 전극(310)의 윗면을 따라서 이동하는 동안에는 도 3에 도시된 것과 같이 균일한 전기장 사이를 통과하기 때문에 전기적으로 중화된 입자들은 전기장에 의한 영향을 받지 않는다.
이렇게 내부 전극(310)의 윗면을 따라 이동한 혼합 기체는 내부 전극(310)의 옆면으로 이동한다. 내부 전극(310)의 옆면은 도 3에 도시된 것과 같이 불균일한 전기장이 형성된 부분이며, 이 부분을 지나면서 폭과 길이의 차이가 큰 섬유형상의 입자(Pf)들만 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 형성된다. 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자는 전기장의 영향을 받으며, 정전기적 인력에 의해서 내부 전극(310) 쪽으로 이동한다.
다음으로, 혼합된 기체가 내부 전극(310)의 옆면을 지나서 내부 전극(310)의 아랫면을 따라서 이동하는 동안에는 도 3에 도시된 것과 같이 균일한 전기장 사이를 통과하기 때문에 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자(Pf)와 다른 입자(Ps) 사이에 정전기적 인력에 따른 이동의 차이가 더욱 커진다.
그리고 외부 전극(320)의 하부에 형성된 하부 유출입구(340)는 내부 전극(310)의 대칭축 쪽에 가깝게 형성된 하부 내측 유출입구(342)와, 이보다 대칭축에서 먼 위치에 형성된 하부 외측 유출입구(344)로서 구성된다.
도 2에 따른 분리 방법에서는, 하부 내측 유출입구(342)로는 섬유형상의 입자(Pf)가 분산된 단분산 에어로졸(Qmo)이 유출되고, 하부 외측 유출입구(344)로 섬유형상 입자를 제외한 입자(Ps)를 포함하는 잔여 에어로졸이 유출(Qex)된다.
이때, 쌍극자 모멘트에 의해 전기장의 영향을 받은 섬유형상의 입자(Pf)는 내부 전극(310)에 근접하여 이동하고, 전기적으로 중성상태를 유지하는 이외의 입자(Ps)들은 전기장의 영향을 받지 않으므로 외부 전극(320)에 근접하여 이동하므로, 분급 영역 내에 가이드(360)를 형성하여 유체의 흐름을 분리하여 섬유형상 입자의 분리 효과를 높일 수 있다. 가이드(360)는 섬유형상의 입자(Pf)가 분산된 기체를 분리할 수 있도록 내부 전극(310)과의 간격이 설정된다.
특히, 내부 전극(310) 아래 면의 중심 부분에 안쪽으로 오목한 공간(312)을 형성하고, 가이드(360)가 이 공간에 위치하도록 하면, 오목한 공간(312)과 가이드(360) 사이의 슬릿을 통해 섬유형상의 입자(Pf)가 분산된 에어로졸이 유입되고, 잔여 에어로졸(Qex)은 흐름에 방해를 받지 않는다.
도면에서 설명하지 않은 부분은 필터(600), 펌프(700), 열교환기(800) 및 유량계(900)이다. 이들은 보호공기를 순환하여 사용하기 위한 구성이며, 일반적으로 사용되는 것이므로 자세한 설명은 생략한다.
이상에서는 상부 유출입부로 다분산 에어로졸을 유입시키는 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 하부 유출입부로 다분산 에어로졸을 유입시키는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
그리고 상기한 실시예에 분리된 섬유형상 입자의 수를 측정하는 입자계수기를 추가하여, 대기 중에 포함된 섬유형상 입자의 수를 측정하는 섬유형상 입자 계측 시스템을 구성할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 310: 내부 전극 2, 320: 외부 전극
6, 360: 가이드 330: 상부 유출입구
340: 하부 유출입구 350: 흐름 균일화 장치
210, 400: 전원 Pf: 섬유형상의 입자
Qpo: 다분산 에어로졸 Qsh: 보호공기
Qex: 잔여 에어로졸 Qmo: 단분산 에어로졸

Claims (9)

  1. 섬유 형상의 입자들을 포함한 다양한 입자들이 분포된 에어로졸에서 섬유 형상의 입자들을 분리하는 방법으로서,
    에어로졸에 포함된 입자들의 전하상태를 중화하는 단계;
    상기 중화된 에어로졸에 남아있는 하전 입자를 제거하는 단계;
    상기 중화된 에어로졸을 불균일한 전기장 사이로 통과시켜 섬유 형상의 입자들에만 쌍극자 모멘트를 발생시키는 단계; 및
    에어로졸을 전기장 사이로 통과시켜 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유 형상의 입자만을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자의 분리 방법.
  2. 에어로졸에 포함된 입자의 하전 상태를 중화하는 에어로졸 중화기; 및
    상기 에어로졸 중화기를 거친 에어로졸을 일정 거리 이격된 내부 전극과 외부 전극의 사이로 통과시켜 에어로졸에 포함된 섬유형상의 입자를 분리하는 분류기를 포함하며,
    상기 분류기는 상기 두 전극 사이에 불균일한 전기장을 형성하여 섬유형상의 입자에만 쌍극자 모멘트를 형성하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 섬유형상 입자 분리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분류기가 상기 두 전극 사이에 균일한 전기장을 형성하여 상기 쌍극자 모멘트가 형성된 섬유형상의 입자에 정전기적 인력을 가하는 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 에어로졸 중화기를 통과한 에어로졸에 남은 하전 입자를 제거하는 하전입자 제거 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 하전입자 제거 수단이 전기집진기인 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 내부 전극은 단면이 외측으로 돌출된 곡선인 곡선부를 포함하며,
    상기 곡선부에서 상기 내부 전극 표면의 면적보다 상기 외부 전극 내면의 면적이 넓어서 상기 내부 전극과 상기 외부 전극의 사이에 불균일한 전기장이 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 내부 전극은 단면이 직선인 직선부를 더 포함하며,
    상기 직선부에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 사이에 균일한 전기장이 형성되고, 상기 곡선부의 분균일한 전기장에 의해 쌍극자 모멘트가 발생한 섬유형상의 입자들이 상기 직선부의 균일한 전기장을 지나면서 정전기적 인력을 받는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 분류기가,
    상부와 하부에 에어로졸을 유입 또는 유출시키기 위한 상부 유출입구와 하부 유출입구가 형성되고, 내부에 공간이 형성된 외부 전극; 및
    상기 외부 전극 내부의 공간에 배치되고, 상기 외부 전극의 내면과 일정 거리 이격된 내부 전극을 포함하여 구성되며,
    상기 내부 전극이 옆면이 곡면인 원판 형상이고,
    상기 내부 전극의 옆면에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 사이에 불균일한 전기장이 형성되며,
    상기 내부 전극의 윗면과 아랫면에서 상기 내부 전극과 외부 전극의 사이에 균일한 전기장이 형성되는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 분리 시스템.
  9. 청구항 2 내지 청구항 8 중에 어느 하나의 섬유형상 입자 분리 시스템; 및
    상기 섬유형상 입자 분리 시스템에서 분리된 섬유형상 입자의 수를 측정하는 입자계수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형상 입자 계측 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030131727A1 (en) 2002-01-17 2003-07-17 Rupprecht & Patashnick Company, Inc. Gas particle partitioner
US20090056535A1 (en) * 2007-08-29 2009-03-05 Board Of Regents Of The Nevada System Of Higher Education, On Behalf Of The Desert Research Instit Particle separation
KR20090074589A (ko) * 2008-01-02 2009-07-07 한국표준과학연구원 Ｄｍａ를 이용한 입자의 크기 분포 측정 방법 및 이 방법을실행하기 위한 프로그램이 저장된 기록 매체
US20110011265A1 (en) 2008-02-29 2011-01-20 Karlsruher Institut Fuer Technologie Electrostatic precipitator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030131727A1 (en) 2002-01-17 2003-07-17 Rupprecht & Patashnick Company, Inc. Gas particle partitioner
US20090056535A1 (en) * 2007-08-29 2009-03-05 Board Of Regents Of The Nevada System Of Higher Education, On Behalf Of The Desert Research Instit Particle separation
KR20090074589A (ko) * 2008-01-02 2009-07-07 한국표준과학연구원 Ｄｍａ를 이용한 입자의 크기 분포 측정 방법 및 이 방법을실행하기 위한 프로그램이 저장된 기록 매체
US20110011265A1 (en) 2008-02-29 2011-01-20 Karlsruher Institut Fuer Technologie Electrostatic precipitator

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019073006A1 (fr) 2017-10-12 2019-04-18 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Methode et dispositif de tri de fibres en suspension dans un aerosol par la combinaison de forces electrostatiques et de gravite
WO2019073009A1 (fr) 2017-10-12 2019-04-18 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Methode et dispositif de tri de fibres en suspension dans un aerosol par la combinaison de forces electrostatiques et centrifuge
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